新型高性能热作模具钢(HHD钢)在压铸模上的应用

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1、新型高性能热作模具钢(HHD钢)在压铸模上的应用ApplicationofNewTypeＨigh-propertyHotWorkingDieSteel(HHDSteel)onDieCastingDie方建儒1，卢国栋21一汽铸造有限公司铸造模具厂，长春市东风大街153号（130011）2长春一汽联合压铸有限公司，长春市东风大街153号（130011）摘要本文研究了新型高性能热作模具钢（High-propertyHotworkingDiesteel-HHD钢）的实验室检测结果和现场应用结果。HHD钢的实验室检测结果表明，钢中非金属夹杂物含量远远低于NADCA#207－2003

2、的要求，其退火显微组织为AS1级，淬火显微组织为AH2级，晶粒度为9.5级，其冲击韧性也远远高于NADCA#207-2003对高级压铸模具钢冲击韧性的要求，其抗热疲劳性能要优于国际先进的瑞典产ASSAB8407钢。HHD钢模具现场使用情况表明，HHD钢压铸模具的寿命高于ASSAB8407和DIEVAR制作的铝合金压铸模具；在相同的工艺条件下，由HHD钢制作的放气阀本体铜合金压铸模平均寿命是3Cr2W8V钢模具4倍以上。关键词：HHD钢，压铸模具1引言铝合金压铸模具经常与600℃左右的高速熔化的炽热金属液接触，并被反复的加热、冷却，工作环境极其恶劣，其失效形式主要有：热疲劳、

3、冲蚀和整体断裂[1~3]。世界各国都一直致力于压铸模具材料的开发与应用，以期提高压铸模具的使用寿命。20世纪30年代初在工业中一直广泛应用5CrNiMo、5CrMnMo钢，这两种钢由于铬含量低，淬透性差，热强度及热稳定性稍差，不适合做压铸模具。始于70年代的H系列钢（AISI标准）是目前世界上用量最大的第二代热作模具钢，以铬含量为5％的H11、H12和H13为代表，这类模具钢具有良好的淬透性及热强性，是目前使用最广泛的压铸模具用钢。第三代热作模具钢是以瑞典研制的铬含量为3wt％的QRO45、QRO80和QRO90为代表。与H13钢相比，QRO80M和ORO90Supreme

4、钢含有较低的Cr，同时增大了钢中的Mo含量，推迟了高温稳定性较好的MC型碳化物向稳定性较差的M23C6型碳化物转变，使该钢种具有更为持久的高温强度以及抗热疲劳性能[4]。但是，由于QRO系列模具钢的贝氏体形成倾向性，在淬火时容易出现粗大的上贝氏体，影响模具钢的塑韧性，降低模具寿命，甚至出现早期开裂，其推广受到限制。本新型高性能压铸模具钢HHD钢，最主要的特点是将Cr含量提高到10％左右，大大提高了抗氧化性和淬透性；加入了适量的氮，利用氮的固溶强化及碳、氮化物的析出强化作用来提高材料的热强性和耐磨性；同时还优化了冶炼、锻造和预处理工艺，大大提高了模具钢的纯净度、均匀性和等向性

5、。2实验方法试验用钢为自行研制开发的HHD钢，采用电炉熔炼+炉外精炼+电渣重熔+二次电渣重熔而成，钢锭经过1240℃，16小时保温均匀化处理，三镦三拔和三次晶粒超细化处理，其化学成分如表1所示。采用瑞士ARL4460光谱分析仪进行化学成分分析，室温拉伸和高温拉伸试验分别按照GB/T228-2002和GB/T4338-1995进行。热疲劳实验在自制的热疲劳实验机上进行，将热处理后的试样加工成6×15×40mm的热疲劳试样，在试样的一端用0.2mm的Mo丝用线切割预制一条长6mm的裂纹。试样表面加热到650℃后，在室温水中冷却2秒，不断的循环加热与冷却，采用体式显微镜和扫描电镜

6、（AMRA-1000B）观察热疲劳裂纹。表1HHD钢化学成分（重量百分比）Table1ChemicalcompositionofHHDsteel（wt.%）CCrMoNiVWSPN、RE、Nb0.2~0.358.0~13.01.0~2.00.7~1.30.4~1.00.3~1.00.0020.012微量3试验结果3.1HHD钢性能检测结果3.1.1HHD钢非金属夹杂物检验HHD钢的非金属夹杂物按ASTME45－97标准检验，图像分析仪标定，其非金属夹杂物等级满足NADCA#207-2003的要求（如表2所示）。表2HHD钢的非金属夹杂物等级Table2DegreeofInc

7、lusioninHHDSteelA(硫化物)B(氧化铝)C(硅酸盐氧化物)D(球状氧化物)细粗细粗细粗细粗0.50.51.00.51.01.01.01.03.1.2HHD钢组织及晶粒度检验HHD钢退火组织没有明显的带状组织，根据NADCA#207-2003标准，其退火显微组织为AS1级，淬火显微组织为AH2级，晶粒度为9.5级(a)退火显微组织×500(b)淬火显微组织×500(c)晶粒度组织×500图1HHD钢组织及晶粒度Fig.2MicrostructureandGrainSizeofHHDSteel3.1.3