第四章热作模具用钢讲义教材

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1、能力目标,能够根据热作模具的工作条件合理选用热作模具钢 及制订热处理工艺.,知识目标,热作模具钢的性能要求及分类 热作模具钢的热处理规范,重点,热作模具钢的分类; 热作模具钢的热处理规范.,难点,热作模具钢的性能; 热作模具钢的热处理规范.,4.1 热作模具钢性能要求,热作模具的工作条件复杂,应具以下基本特性: 较高的高温强度和良好的韧性-冲击力大,开裂 良好的耐磨性能-高硬度抗黏附,磨擦磨损高温氧化腐蚀 高的热稳定性-400700,堆塌现象 优良的耐热疲劳性-反复受热受冷,龟裂现象 高淬透性-力学性能均匀 良好的导热性 良好的成形加工工艺性能,4.1.1 热作模具钢的使用性能要求,4.1 热

2、作模具钢性能要求,4.1.3 热作模具钢的分类,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),热锻模应具备的基本性能：,淬透性高 冲击韧性好，热疲劳抗力高 导热性好 较高的抗回火稳定性及高温强度 较好的抗氧化性能和加工工艺性能,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),1）5CrMnMo钢：,性能特点：性能与5CrNiMo相近，为节约镍而以锰代之。与5CrNiMo相比，淬透性、耐热疲劳性稍差。相当于美国钢VIG（ASM），日本钢SKT5（JIS）。 应用场合：适用于制造受力较轻的中小型锻模。要求韧性较高时，可采用电渣重熔钢。,4.2

3、热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),热处理工艺： 淬火+高温回火2次（P165） 高温淬火、回火工艺：强韧性较好； 等温淬火：减少开裂，提高模具寿命。,1）5CrMnMo钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),2）5CrNiMo钢：,性能特点：具有十分良好的韧性、淬透性、强度和高耐磨性。室温力学与500600时几乎相同，但二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。相当于日本钢GFA（大同）、SKT4（JIS）、美国L6。 应用场合：多用于制造大、中型锻模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),

4、2）5CrNiMo钢：,热处理工艺： 淬火+回火（P169） 高温淬火、回火工艺：强韧性较好； 等温淬火：减少开裂，提高模具寿命。 常采用渗锰表面热处理，进一步提高模具寿命（P170例4-4）,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),3）4CrMnSiMoV钢：,性能特点：强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo，冲击韧度与5CrNiMo接近，可用来代替5CrNiMo钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),3）4CrMnSiMoV钢：,热处理工艺：淬火+高温回火（P171）。 应用场合：适于制造中、大型或特大型的锤锻模

5、和压 力机锻模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),4）45Cr2NiMoVSi钢：,性能特点：与5CrNiMo相比，有如下优点：淬透性明显提高；热稳定性比5CrNiMo高150；具有高的强韧性；抗热疲劳和热磨损性能较高；加工时较5CrNiMo钢切削略困难些。 应用场合：适用于制造高强韧性大截面锤锻模，其模具寿命较目前应用的国内外锤锻模钢种均有明显提高。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),5）JCD钢：,性能特点：铸造热锻模具钢，吉林工业大学研制。该钢具有良好的综合性能，其抗冷热疲劳性、回火稳定性与热稳定性均优于5

6、CrMnMo钢。 应用场合：适用于热锻模具，不用改锻，材料利用率高。该钢在文献上介绍的化学成分太宽，影响推广。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),6）CH95钢：,性能特点：具有良好热强性的热作模具钢，上海交通大学机械学院研制。该钢主要用于精锻模具。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),1）（4Cr5MoSiV）H11钢：,性能特点：空冷硬化的热作模具钢，在中温条件下具有很好的韧性，有较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，热处理变形小，可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。相当于美国钢H11，日本钢SKD6（JIS）,4.

7、2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),1）（4Cr5MoSiV）H11钢：,热处理工艺：淬火+高温回火2次+渗氮（P173）。 应用场合：常用于制造加工铝铸件用的压铸模、热挤压模，穿孔用的工具，芯棒、压力机锻模以及塑料模等，此外由于H11钢具有良好的中温强度，变被用于制造耐400500工作温度的飞机、火箭等结构件。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),2）（4Cr5MoSiV1）H13钢：,性能特点：引进美国钢种,空冷硬化热作模具钢，性能与H11类似，与H11相比具有较高的热强度和硬度。相当于美国钢H13，日本钢SK

8、D61（JIS），日本大同DHA1，韩国STD61，奥地利W302，德国德威GSW-2344，瑞典8407。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),2）（4Cr5MoSiV1）H13钢：,热处理工艺：淬火+高温回火2次（P177）。硬度47- 49HRC。可氮碳共渗，硬度900HV。 应用场合：广泛用于制造热挤压模具、芯棒、锻模、锻造压 力机模具、精锻机用模具以及铝、铜及其合金的压铸模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),3）（4Cr3Mo3SiV）H10钢：,性能特点：引进美国钢种, 具有非常好的淬透性、很高

9、的韧性，回火抗力及热稳定性高于H13，当回火温度超过260时，钢的硬度高于H13钢；冲击韧度及断裂韧度高于H21，可代替H21钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P182）。硬度50-55HRC 应用场合：可以制造热挤压模、热冲模、热锻模及塑压模等模具，主要用于铝合金压铸模。,3）（4Cr3Mo3SiV）H10钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),4）（3Cr3Mo3W2V）HM1钢：,性能特点：新型热作模具钢。具有良好的冷热加工性能，较高的热强性、热疲劳性能、良好的耐磨性

10、和耐回火性，并具有一定的耐冲击性，淬硬性较好，是综合性能优良的高强韧性热作模具钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),4）（3Cr3Mo3W2V）HM1钢：,热处理工艺：淬火+高温回火（P178）。 应用场合：适合制造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具使用寿命较高，是目前国内研制的工艺性好，使用面广，具有较广应用前景的新钢种之一。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),5）（3Cr3Mo3VNb）HM3钢：,性能特点：新型高强韧性热锻模具用钢。具有高的耐回火性、热强性，有明显的二次硬化效果。缺点为有脱碳倾向

11、。模具寿命比H21、5CrNiMo及4Cr5W2VSi等模具提高210倍。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P180）。 应用场合：可有效克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。应用于热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等模具上，有良好的效果。,5）（3Cr3Mo3VNb）HM3钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),6）50Nb钢：,性能特点：热挤压模具钢，原华中理工大学等单位研制。它是同类型50Si(5Cr4W3M

12、o2VSi)的改进型，为突出Nb的作用而取名。50Nb钢具有高淬透性和热稳定性，比H21的性能更优良。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),6） （5Cr4W5Mo2V）RM2钢：,性能特点：热挤压模具钢，北京机电研究所第一汽车制造厂研制。该钢可代替H21钢，模具寿命可提高数倍。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),7） （HD2）HD钢：,性能特点：马氏体热作模具钢，华中理工大学研制。HD2是HD钢的改进型，在保持HD钢高强度条件下，进一步提高获得良好的室温与高温力学性能，并具有良好的热稳定性及工艺性能，适用

13、于铜管热挤压的穿孔针。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),钢种特点：压铸模可分为锌合金压铸模、铝合金压铸模、铜合金压铸模。压铸模工作时受热比热锻模高（有色金属400-800，黑色金属1000以上）、高压力（20-120MPa）、反复加热和冷却，金属高速冲刷而产生磨损和腐蚀。因此，热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀是压铸模常见的失效形式。所以，压铸模的性能要求是：较高的耐热性和良好的高温力学性能，优良的耐热疲劳性，高的导热性，良好的抗氧化性和耐蚀性，高的淬透性等。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),1） （3Cr2W8V

14、）H21钢：,性能特点：冶炼不当易造成脆裂报废，有脱碳倾向。回火抗力较强，是压铸模的典型钢种，在热挤压模方面的应用逐渐减少，但在压铸模方面的应用仍较多。相当于日本SKD5（JIS）,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P184）。 固熔超细化处理 等温淬火工艺 应用场合：常用于制造铜合金和铝合金挤压模、压铸模等受冲击力不太大，而要求有高热强性的模具。,1） （3Cr2W8V）H21钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),2） （3Cr2W8V）H13钢：,性能特点：具有良好的韧性、耐

15、热疲劳抗力和抗氧化性，其模具使用寿命高于H21钢制压铸模，且这类钢的价格较H21钢便宜，因此在压铸模上的使用越来越多。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),3） （4Cr3Mo2MnVNbB）Y4钢：,性能特点：针对铜合金压铸模，结合我国矿产资源情况而设计出来的新型热压铸模钢。Y4在力学性能上，尤其是冷热疲劳及裂纹扩展速率方面明显优于H21钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,热处理工艺：淬火+高温回火2次（P187）。 应用场合：是比较理想的铜合金压铸模材料，模具使用寿命有较大提高。另外，Y4钢在热挤压模、热锻模的应用方面也取得了明显成效。,3） （4

16、Cr3Mo2MnVNbB）Y4钢：,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,4） Y10钢：,性能特点：铝合金压铸模具钢，上海材料研究所研制。Y10代表压铸模具用钢10号。与H21相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好，热处理变形小，抗铝溶损性能好等优点。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,5） HG761钢：,性能特点：热作模具用高温合金，上海钢铁研究所等单位研制。该合金在900时仍有高的强度和抗磨损能力，适用于钢铁压铸模、热挤压模。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,6） WCG钢：,性能特点：无磁模具钢，上海钢铁研究所等单位研制，该钢无磁性，高强度、耐磨性好，适用于磁性元件的粉末压铸模具及其他无磁模具。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,7） CG-2钢：,性能特点：热作、冷作兼用模具钢，上海钢铁研究所研制，贵阳钢厂试生产，该钢具有良好的强韧性、耐磨性和热疲劳抗力大等特