浅谈热作模具材料

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1、浅谈热作模具材料前言：热作模具材料主要用于制造高温状态卜•进行压力加工的模具，如热锻模具，热挤压模具，压铸模具，热徹模具等。热作模具在工作时承受着很大的冲击力，模腔和高温金属接触后，本身温度常达300〜400摄氏度，在时热时冷的状态下，容易使模具表面产生热疲劳裂纹，另外炙热金属被强制变形时，与模具型腔表面摩擦，模具极易磨损并且駛度降低。因此热作模具材料要求能稳定地保持各种力学性能，特别是热强性，热疲劳性，韧性和耐磨性。热作模具的使用性能：热作模具钢的使用性能要求，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T差万别，而且任何i种模具钢也不可能同时具冇极高的热强

2、性、耐磨性、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生后，在锻压力的作用下向内部扩展吋，每一应力循环的扩展量。机械疲劳裂纹扩展速率小的材料，每锻压一次裂纹的扩展量也少，这表明裂纹扩展得很慢。⑥断裂韧性，反映材料对已存在的裂纹

3、发生失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料其屮的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具冇足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的应力或较大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具屮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生失稳扩展。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回火能力、热稳定性和高温强度。⑧断裂抗力，由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

4、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/dN9inm/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生前的工作寿命。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，可以决定裂纹萌生后发生亚临界扩展的那部分寿命。抗热疲劳能力可以用萌生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素主要有：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、合金元素以及

5、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，不能仅根拯材料的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。热作模具的分类锤锻模用钢一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用.故对钢的力学性能要求较高，特別是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锤锻模的截面尺寸较大（v400mm）故対钢的淬透性耍求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。常用锤锻楼用钢有5CrNiMo>5CrMnMo>5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoS

6、iV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的蚀锻模以5CrNiMo为好.也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对屮小型的锤锻模通常选用5CrMnM0钢。热挤压模用钢热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此模腔受热温度较高，通常nJ达500一800°Co对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度（即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。对及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于70〜90num常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等热作模具钢.其化学成分如表4.16所示。其中4CrW2Si.既可做冷作模具钢，又

7、可做热作模具钢.山于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度（870—900°C）及低温或中温回火处理；作热模时则采用较高的淬火温度（一般为950—10CMTC）及高温回火处理。压铸模用钢从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性耳高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤模用钢相同.如常采用4CrW2Si.和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模.可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模