浅谈热作模具材料(论文)

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1、浅谈热作模具材料■Ad一、刖S热作模具材料主要用于制造高温状态下进行床力加工的模具，作为一个国家工业发展水平的重要衡量指标Z—的模具制造工业在我国工业发展中占据重要的地位。模具成型具有牛产效率高、材料利用率高、降低产品牛产成本等特点。由于热作模具钢的工作条件较为恶劣，热作模具钢应具备以下特点：⑴在工作温度下具有高热强性⑵具有较好综合机械性能,如韧性、硬度、抗疲劳性能⑶具有一定的抗氧化性⑷较高的使用寿命二、使用性能热作模具钢的使川性能要求，各种热作模具钢在工作过程中差异很大，它们的工作温度、载荷性质千差万别，而H一任何一种

2、模具钢也不可能同时具右极高的热强性、耐燃性、断裂抗力、抗热疲劳性能等。在选择模具钢时，只能抓住模具最最关键的性能要求，进行优先保证,其次再兼顾其他各项性能进行选材。热作模具钢采用以下技术指标进行评价。①室温硬度、高温硬度（用以评价耐磨性和变形抗力）。②室温拉伸强度、高温拉伸强度（用以评价静载断裂抗力）。③室温冲击韧性、高温冲击韧性（用以评价冲击断裂抗力）。④长期保温后的硬度变化，用以评价抗回火能力及热稳定性。⑤机械疲劳裂纹扩展速率，可反映热疲劳裂纹萌牛后，在锻压力的作用下向内部扩展时,每一应力循环的扩展量。机械疲劳裂纹扩

3、展速率小的材料，每锻圧一•次裂纹的扩展量也少,这表明裂纹扩展得很慢。⑥断裂切性，反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。断裂切性高的材料其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较人的应力或鮫大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深才能发主失稳扩展。⑦变形抗力，模具钢的变形抗力反映了模具的抗堆塌能力。为了保证热作模具钢在较高的温度下工作，应保证模具钢具备较高的抗冋火能力、热稳定性和高温强度。⑧断裂抗力，山

4、于热作模具钢的断裂过程是一种疲劳断裂，因此，热作模具钢的断裂抗力包括萌生疲劳裂纹的抗力、疲劳裂纹亚临界扩展的抗力和裂纹失稳扩展的抗力。萌生疲劳裂纹的抗力与热疲劳抗力关系密切。疲劳裂纹亚临界扩展的抗力可采用裂纹扩展速度da/dN9mm/次表示它表示每一次应力循环，裂纹的扩展长度。裂纹失稳扩展的抗力通过材料的断裂韧性表示。⑨抗热疲劳能力，可以反映热疲劳裂纹萌牛前的工作寿命。抗热疲劳能力高的材料，萌生热疲劳裂纹的循环次数较多。抗热疲劳能力决定了在疲劳裂纹萌生前的那部分寿命，可以决定裂纹萌牛后发牛亚临界扩展的那部分寿命。抗热疲劳

5、能力可以川荫牛热疲劳裂纹的循环数，或者经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均深度或长度表示。影响抗热疲劳能力的因索主要有：模具钢的热导率、线膨胀系数、屈服强度、抗高温氧化能力、硬度、冶金质量、合金元索以及热处理工艺等。热作模具钢应具备高的抗热疲劳能力、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值，不能仅根据材料的ob指标来选择钢种和选择热处理工艺，以免出现选用热作模具钢材谬误。尽管锤锻模的加载速度与一次冲击试验的加载速度相近，断裂往往是疲劳裂纹失稳扩展所造成。三、热作模具的分类热作模具钢主要分为三类：低合金热作模具钢、屮合金

6、珞系热作模具钢及高合金钩钳系热作模具钢。（1）低合金热作模具钢:主要为SCrNiMo.5CrMnMo、4Cr3Mo2Vl等Cr—Ni—Mo系钢种。⑵中合金热作模具钢：主要为4Cr5MoSiVk4Cr5Mo2V.4cr3Mo2NiVNb等珞系钢种。⑶高合金热作模具钢主要为3Cr2W8V.4Cr3M03W4VNb.W9Mo3Cr4V等钩系钢种。1.1低合金热作模具钢①5CrNiMo、5CrMnMo钢20世纪80年代以前，常用的热作模具钢有5CrMnk）、5crNiMo,这类钢要求淬透性高、冲击韧性好、导热性能好、有较高的热

7、疲劳性，但5CrMnMo.5CrNiMo钢的淬透性不能满足人截面锤锻模的要求，使川温度不能超过500°C。口前该类钢种正逐步被淘汰，仅在普通热锻模中选川这种低耐热高韧性钢。②4Cr3Mo2Vl钢4Cr3Mo2Vl钢是一种低合金热作模具钢，是在H13钢基础上发展起来的。研发的主要依据是H13的倂含量（5%左右）人高，淬火后冋火时，倂和碳可形成高俗的碳化物，不利于具有最高抗回火软化能力的碳化饥的形成，从而降低H13钢的高温热强性。因此,含有较少量锯（2.5%）的1Cr3Mo2Vl钢反比III3钢具有更高的热强性，特别适川于制

8、作既要耐高温，又需高韧性、高热疲劳性的热挤压模。现在4Cr3Mo2V1钢的不足Z处是牛产成本较咼。1.2中合金热作模具钢①4Cr5MoSiVl钢4Cr5MoSiVl钢（代号H13）是第2代热作模具钢的典型代表，其应用很广泛。因其具有良好的热强性、红硬性和抗热疲劳性能，被广泛用于铝合金的热挤压模和压铸模。市于化学成分的