第7章热作模具材料用钢及热处理精选文档.ppt

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1、第7章热作模具材料用钢及热处理本讲稿第一页，共一百零八页主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。如热锻主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。这类钢含碳模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。这类钢含碳量一般为量一般为0.3%0.5%，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热合金元素，又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有时采用高

2、温合金和难熔合金制造。时采用高温合金和难熔合金制造。第第7 7章章 热作模具钢及其热处理热作模具钢及其热处理目录本讲稿第二页，共一百零八页第一节第一节 热作模具的工作条件与性能要求热作模具的工作条件与性能要求 一、热作模具的工作条件热作模具的工作条件 热作模具是将加热到再结晶温度以上的固态或液态金属压制成型的工具，包括热锻模具、热挤压模和压铸模三类。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。热作模具的工作条件主要有以下三方面:(1)型腔表层金属受热。尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最 低也有几百摄氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更

3、高。(2)型腔表层金属产生热疲劳。热作模具的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成型后都要用冷却介质冷却型腔的表面。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷却，从而使型腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。其结果是引起型腔表面出现裂纹，称为热疲劳现象。(3)载荷作用。锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力;热挤压模具和压铸模具是在高压下服役的。本讲稿第三页，共一百零八页二、热作模具钢的分类二、热作模具钢的分类按用途不同，可将热作模具材料分为热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢等；按工作温度不同，可将热作模具材料分为低耐热钢(350370)、中耐热钢(550600)、高耐热

4、钢(580650)等。特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。本讲稿第四页，共一百零八页三、热作模具的性能要求热作模具的性能要求 1.力学性能力学性能1)硬度和强度要求材料在模具的服役温度下，仍保持一定的硬度和强度，并且具有良好的热稳定性，以防止模具发生变形。2)韧性很多热作模具，特别是锻锤用模具，在工作过程中经常要承受较大的冲击载荷，为了防止模具开裂，要求模具材料必须有较高的冲击韧度和断裂韧度。3)热疲劳抗力大部分热作模具都是在周期性的温度急剧变化下服役的，在模具表面产生应力。为防止模具表面产生热疲劳裂纹，要求模具材料具有良好的热疲劳抗力。4)化学稳定性热作模具往往在较高的温度下工

5、作，模具工作面与空气、液态金属或其他介质接触，要求模具材料具有在工作温度下的抗氧化性能或抗液态金属冲蚀的性能。本讲稿第五页，共一百零八页1.力学性能力学性能热作模具工作时除了承受周期性载荷作用之外，还要承受高温及周期性的急冷急热变化。热交变应力易使热作模具材料发生疲劳破坏，导致模具热裂。一般说来，影响钢的热疲劳性能的因素主要有:钢的导热性钢的临界点本讲稿第六页，共一百零八页2.工艺性能工艺性能（1）加工性 热作模具材料的加工性主要包括冷加工中的切削加工性能和热加工中的锻压加工性能两种。它主要取决于钢的化学成分和热处理工艺等。（2）淬透性和淬硬性 热作模具对这两种性能要求根据其工作条件不同有所侧

6、重。对于小型模具，由于尺寸小，容易淬透，所以只要求高的硬度，偏重于高淬硬性;对于尺寸较大的模具，如果截面未淬透，则回火后未淬透部分的屈服点和韧性会显著降低，影响模具工作寿命，所以其淬透性更为重要。（3）热处理变形性 热作模具在热处理时，尤其在淬火过程中，要产生体积、形状变化，为保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，各方向变化相近似，且组织稳定。它主要取决于热处理工艺和钢的冶金质量等。（4）脱碳敏感性 热作模具如果在无保护气氛下加热，其表面会发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于某些氧化、脱碳敏感性强的热作模具钢，可采用特种

7、热处理，如真空热处理、可控气氛热处理等。本讲稿第七页，共一百零八页第二节热锻模具钢热锻模具钢一、热锻模具钢材料一、热锻模具钢材料 热锻模具常用材料热锻模具常用材料本讲稿第八页，共一百零八页 性能要求性能要求1)高的冲击韧度和断裂韧度：对锤锻模用钢，冲击韧度应大于或等于30Jcm2，冲击韧度是锻模钢的基本性能。为阻止或延缓裂纹扩展而导致模具断裂，还要求锻模钢必须具有高的断裂韧度。2)高的高温硬度及高温强度：为防止热锻模发生早期磨损及变形，模具钢应具有较高的高温硬度和高温强度。3)高的淬透性：热锻模尺寸较大，要求模具整个截面力学性能均匀致。如果心部未淬透，则可能形成贝氏体或其他组织，导致模具早期断

8、裂。4)高的热疲劳抗力：若导热性好、热胀系数小，则热疲劳抗力高，可以延缓热疲劳裂纹的产生。5)较高的回火稳定性：防止模具在高温服役中被继续回火，导致硬度下降而影响耐磨性。6)良好的工艺性能及抗氧化性能。常用的热锻模具钢在合金工具钢标准中列入的有5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV三种。本讲稿第九页，共一百零八页5CrNiMo钢钢5CrNiMo钢具有良好的韧性、强度和高耐磨性。它在室温和500600时的力学性能几乎相同。在加热到500时，仍能保持住HB300左右的硬度。由于钢中含有钼，因而对回火脆性并不敏感。从600缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低。5CrNiMo钢具有良好的

9、淬透性。300mm400mm300mm的大块钢料，自820油淬和560回火后，断面各部分的硬度几乎一致。该种钢用来制造各种大、中型锻模。该种钢易形成白点，需要严格控制冶炼工艺及锻轧后的冷却制度本讲稿第十页，共一百零八页5CrNiMo钢钢 力学性能力学性能该钢具有良好的塑性、韧性、尺寸效应不敏感。但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，热稳定性差，高温强度低。5CrNiMo钢在400以下工作可以保持较高强度，高于400时强度急剧下降，如温度升高到550时，与室温比较b下降将近一半。本讲稿第十一页，共一百零八页5CrNiMo钢钢 热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能1)锻造工艺锻坯加

10、热温度11001150，开锻温度10501100，终锻温度800850，砂冷或坑冷。2)淬火、回火工艺淬火预热温度600650，加热温度830860，油淬。本讲稿第十二页，共一百零八页5CrNiMo钢钢(3)应用范围应用范围 5CrNiMo是目前国内用量较大的锻模钢，通用性强，大、中、小型模块，深、浅型槽的模块均用5CrNiMo钢。由于5CrMnMo及新钢种的研制成功，5CrNiMo应用范围在逐渐缩小。由于该钢淬透性好，更适合用于大批量生产的大、中型模块。本讲稿第十三页，共一百零八页5CrMnMo钢钢5CrMnMo钢具有与5CrNiMo钢类似的性能，淬透性较差。此外在高温下工作时，其耐疲劳性逊

11、于5CrNiMo钢。此钢适于制造要求具有较高耐磨性的各种类型锻模（边长400mm）。要求韧性较高时，可采用电渣重熔钢。本讲稿第十四页，共一百零八页5CrMnMo钢钢力学性能力学性能本讲稿第十五页，共一百零八页5CrMnMo钢钢 热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能1)锻造工艺钢坯锻造加热温度11001150、始锻温度10501100、终锻温度800850、锻后缓冷(坑冷或砂冷)，注意防止模具开裂。2)退火工艺等温退火加热温度850870，等温温度680，退火硬度197241HBS。3)淬火工艺加热温度840860油淬，冷到150180左右出油并立即回火。为减少变形及开裂，淬火时最好延时

12、冷却，可空冷到740780，然后入油。本讲稿第十六页，共一百零八页5CrMnMo钢钢4)回火工艺回火工艺见表。本讲稿第十七页，共一百零八页5CrMnMo钢钢 应用范围应用范围与5CrNiMo比较，该钢淬透性及韧性均较低。因此，只适用于制造要求较高强度和耐磨性，而韧性要求不甚高时的各种中、小型锤锻模具及部分压力机模块，也可用于工作温度低于500的其他小型热作模具。本讲稿第十八页，共一百零八页4CrMnSiMoV钢4CrMnSiMoV钢是近20年来我国低合金大截面热作模具钢领域发展的钢种之一。该钢具有较高的抗回火性能，好的高温强度、耐热疲劳性能和韧性，而且有很好的淬透性，冷、热加工性能好。该钢适宜

13、制造各种类型的锤模和压力机锻模。本讲稿第十九页，共一百零八页4CrMnSiMoV钢(1)力学性能强度、塑性、韧性指标都高于5CrNiMo，冲击韧度和5CrNiMo差不多。本讲稿第二十页，共一百零八页4CrMnSiMoV钢（2）工艺性能本讲稿第二十一页，共一百零八页4CrMnSiMoV钢（3）实际应用适用于大中型锻模，也可用于中小型锻模，经与5CrNiMo等热模钢寿命比较，该钢使用寿命最高-如连杆模前梁模齿轮模突缘节模（深型模)等均比5CrNiMo模具寿命提高o1o8倍，用于矫正模弯曲模具和平锻机锻模使用寿命比5CrNiMo一般都高0.5倍，个别超过1-2倍.本讲稿第二十二页，共一百零八页5Cr

14、2NiMoVSi钢锤煅模具及大截面压力机模具用钢5CrMnMo和5CrNiMo等主要问题是碳化物形成元素含量低热稳定性差高温强度低耐热磨损和热疲劳性能,淬透性能也较低；因此，模具型腔表面易于发生热磨损热机械疲劳，模具寿命普遍较低。5Cr2NiMoVSi钢主要加入了一定量的钒和硅，将碳镍；铬钼等元素含量合理配置，具高温强渡提高64%，热稳定性表现为温度可提高150-170度下使用；对于500mmx500mm截面的锻模其心部硬度较5CrNiMo钢高出13HRC可使用寿命可提高一倍左右.本讲稿第二十三页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢5Cr2NiMoVSi钢属于大截面热锻模具钢，具有高的淬透性

15、。钢加热时奥氏体晶粒长大倾向小，热处理加热温度范围较宽，钢的热稳定性、热疲劳性能和冲击韧性较好，适宜制造大截面的压力机和模锻锤等用热作模具。本讲稿第二十四页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢(1)力学性能本讲稿第二十五页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢(2)工艺性能锻造本讲稿第二十六页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢预备热处理本讲稿第二十七页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢淬火和回火本讲稿第二十八页，共一百零八页5Cr2NiMoVSi钢(3)应用钢的应用实例：制造汽车前梁模具，使用设备为1200t机械压力机,5CrNiMo锻模平均寿命5000件；5Cr2NiMoVSi钢模

16、具8000件,后桥圆柱齿轮.使用没备为630t摩擦压力机5CrNiMo钢制模具寿命800900件；5Cr2NiMoVSi钢模具20002250件；本讲稿第二十九页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢4Cr5MoSiV钢是一种空冷硬化的热作模具钢。该钢在中温条件下具有很好的韧性，较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下进行空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化铁皮的倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。本讲稿第三十页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢(1)力学性能力学性能4Cr5MoSiV钢，简称H11钢，是一种空冷硬化型热作模具钢WCr=5，淬透性很

17、好。该钢在中温具有较好的热强度、高的韧性和耐磨性，在工作温度下有较好的抗冷热疲劳性能，此外，抗氧化性能好，热处理变形小。本讲稿第三十一页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢与5CrNiMo钢相比，H11钢的热强性和耐磨性都较高，而韧性相似，淬透性较好、是制作锻模的好材料。由于韧性较高，甚至在淬火状态也还有一定的韧性，抗热疲劳性能特别好，因此用它制作高速锤锻模是非常理想的，有时也用于制作压铸模、挤压模等。本讲稿第三十二页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢(2)热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能 1)锻造工艺H11钢的碳含量不高，热塑性较好；易于锻造和轧制。当锻制大

18、型锻件时，最好先缓慢加热到750，然后迅速加热到锻造温度，以减少氧化和脱碳现象。H11钢的淬透性好，锻后应采用炉冷或在缓冷坑中冷却。并及时退火处理。本讲稿第三十三页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢2)退火工艺Hll钢的退火加热温度为845900，保温4h5h，然后以28h的冷却速度冷到550出炉，退火硬度为192235HBS，退火组织为粒状和点状珠光体。为减少氧化脱碳，退火最好在可控气氛退火炉中进行。本讲稿第三十四页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢3)淬火、回火工艺淬火加热温度1000-1020，油冷淬火或分级淬火均可，淬火硬度为5557HRC。H11钢的冲击韧度随

19、回火温度的升高而升高，在200回火时达到最大值；继续升高回火温度，冲击韧度开始下降；在500时，冲击韧度降到最低。因此，模具应避开500左右回火，也避免在此温度范围进行化学热处理。本讲稿第三十五页，共一百零八页4Cr5MoSiV(H11)钢钢(3)应用范围该钢通常用于制造铝铸件用的压铸模、热挤压模和穿孔用的工具和芯棒、压力机锻模、塑料模等。此外，由于该钢具有好的中温强度，亦被用于制造飞机，火箭等耐400500工作温度的结构件本讲稿第三十六页，共一百零八页4Cr5MoSiVl(H13)钢钢4Cr5MoSiV1钢是一种空冷硬化的热作模具钢，也是所有热作模具钢中使用最广泛的钢号之一。与4Cr5MoS

20、iV钢相比，该钢具有较高的热强度和硬度；在中温条件具有很好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化铁皮的倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。本讲稿第三十七页，共一百零八页4Cr5MoSiVl(H13)钢钢 力学性能力学性能H13钢具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不容易产生热疲劳裂纹，即使出现热疲劳裂纹也细而短，不容易扩展。H13钢同时具有较高的热强性，是一种强韧兼备的质优价廉钢种，既可用作热锻模材料，也可用作模腔温升低于600的压铸模材料。与H11钢相比，H13钢的钒含量较高，因此H13钢的热强性和热稳定性高于H11钢。与4Cr5W2Si

21、V钢相比，以钼代钨，性能相似。本讲稿第三十八页，共一百零八页4Cr5MoSiVl(H13)钢钢 热处理工艺、组织和性能热处理工艺、组织和性能1)锻造工艺H13钢的碳含量较低，但钢中还有亚稳定共晶碳化物，碳化物偏析有时也较严重，因此要妥善锻造，锻造比要大于4。2)退火工艺锻后要立即进行球化退火。等温球化退火工艺为：(88010)加热，保温2h，降温到(75010)，再等温24h，炉冷到500出炉。常规退火工艺为：845880加热，保温24h，然后冷到500出炉。3)淬火、回火工艺对于要求热硬性为主的H13钢模具，应选10501080加热，油冷。淬火后的硬度为5457HBC。对于要求韧性较好的H1

22、3钢模具，应选10201050加热，油冷后硬度为5356HRC。本讲稿第三十九页，共一百零八页4Cr5MoSiVl(H13)钢钢淬火加热应先经两次预热，冷却可采用空冷、油冷，也可采用分级冷却。分级冷却的分级温度最好选择低些，如350500，也有选择在500560分级的。H13钢的回火温度要避开500，以高于500，低于650为宜。本讲稿第四十页，共一百零八页4Cr5MoSiVl(H13)钢钢(3)应用该钢广泛用于制造热挤压模具和芯棒、模锻锤的锻模、锻造压力机模具，精锻机用模具镶块以及合金的压铸模。本讲稿第四十一页，共一百零八页第三节第三节 热挤压模具钢热挤压模具钢一、一、热挤压模具钢材料热挤压

23、模具钢材料材料及选材原则材料及选材原则1)材料常用热挤压模具钢钢号为：3Cr2W8V、4Cr5MoSiVl；应用较多的标准钢号有：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等。应用较多的其它钢号有：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情况下，有时会应用奥氏体型耐热钢、镍基合金以及硬质合金和钢结硬质合金等。本讲稿第四十二页，共一百零八页2)选材原则较高硬度和强度钢铬系热挤压模具钢铬系钢的特点是淬透性高，强韧性高。其断裂韧度值高于钨系钢。在较低温度回火时，室温强度高于钨系钢，而当回火温度超过650后，铬系

24、钢的强度值低于钨系钢。铬系钢冷热疲劳抗力优于钨系钢，经同样冷热循环后，热疲劳裂纹总长度明显小于钨系钢。高温合金：当挤压耐热钢管时，模具温度可高达9001000，需采用高温合金制作模具。这些合金在700时，仍有很高的强度，可用于制作挤压耐热钢零件或挤压铜管的凹模及心棒。硬质合金：工作温度较高的凸模或凹模，可以采用硬质合金镶块模。如气阀挺杆热镦挤模，原用3Cr2W8V钢制作，模具寿命0.5万件；改用YG20硬质合金后，模具寿命提高到1.5万件。本讲稿第四十三页，共一百零八页 性能要求性能要求1)高强度、冲击韧度及断裂韧度，以保证模具钢具有较高的断裂抗力，防止模具发生脆性断裂。2)室温及高温硬度高，

25、耐磨性能好，以减缓模具的磨损失效发生。3)高温强度及回火抗力高，拉伸及压缩屈服点高，防止模具产生塑性变形及堆塌。4)模具钢的相变点及高温强度高，并具有高的导热性及较低的热胀系数，有利于热疲劳抗力的提高，推迟热疲劳开裂的发生。5)较高的抗氧化能力，以减少氧化物对磨损及热疲劳的不利影响。本讲稿第四十四页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢3Cr2W8V钢含有较多的易形成碳化物的铬、钨元素，因此在高温下有较高的强度和硬度，在650时硬度达HB300，但其韧性和塑性较差。钢材断面在80mm以下十可以淬透。这对表面层需要有高硬度、高耐磨性的大型顶锻模、热压模、平锻机模已是足够了。这种钢的变相温度较高，抵抗冷

26、热交变的耐热疲劳性良好。这种钢可用来制作高温下高应力、但不受冲击负荷的凸模、凹模如平锻机上用的凸凹模、镶块、铜合金挤压模、压铸用模具，如反挤压的模具；还可以供作高温下受力的热金属切刀等。1本讲稿第四十五页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢 力学性能力学性能3Cr2W8V是钨系高热强热作模具钢的代表钢号，虽因冷热疲劳抗力差，在急热、急冷条件下工作容易出现冷热疲劳裂纹而失效，不适宜在急冷、急热条件下工作，但因其抗回火能力较高，仍作为高热强性热作模具钢而在许多热加工领域应用。本讲稿第四十六页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢 热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能1)锻造工艺钢坯加热温度11301

27、160，始锻温度10801120，终锻温度850900，锻后空冷到700后缓冷。2)退火工艺等温退火加热温度840880，等温温度720740，退火硬度241HBS。3)淬火回火工艺淬火温度10501150，油冷，淬火硬度5054HRC。回火温度550650次，每次2h，回火硬度4050HRC。本讲稿第四十七页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢 应用范围应用范围3Cr2W8V钢在淬火加热中脱碳和变形倾向较小，目前钢厂生产量仍较大，热处理设备及工艺比较稳定，许多中小机械厂仍在广泛应用。因其耐热性较高，广泛应用于热挤压模、压力机锻模、镦锻模、剪切刀、压铸模等许多方面。本讲稿第四十八页，共一百零八页3

28、Cr2W8V钢钢 热处理新工艺热处理新工艺1)高温淬火工艺：3Cr2W8V钢制40Cr销轴热锻模在作用力为16MN摩擦压力机上锻造。原工艺10501100淬火，600620回火，硬度4749HRC，模具寿命5002000件；改用1150高温淬火，660680高温回火，硬度3941HRC，使用寿命700010000件。本讲稿第四十九页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢2)控制淬硬层淬火工艺：3Cr2W8V钢制尖嘴钳热压模具，10003000kN摩擦压力机上使用，常规淬火工艺，硬度4648HRC，模具寿命仅4000件，失效形式为开裂或模腔变形塌陷。采用高温短时间加热，使模具表面和心部得到不同的淬火加

29、热温度，造成不同的合金度，在随后淬火过程中，获得内外不同的组织。或控制淬火操作，使表面和心部在不同温度下淬火而转变成不同的组织，经此工艺处理后模具寿命达32000件。本讲稿第五十页，共一百零八页3Cr2W8V钢钢3)贝氏体等温淬火工艺：3Cr2W8V钢制自行车曲柄热成型模，在3000kN摩擦压力机上使用，按1080油淬，580610回火二次工艺处理，硬度4548HRC，平均使用寿命4500件；改用1100加热，340350硝盐炉等温淬火，获得马氏体+下贝氏体组织，使模具具有高强度的同时，显著提高了塑性和断裂韧度，模具平均寿命达到9000件，最高达3.8万件，比常规工艺处理的模具，提高寿命一倍以

30、上。寿命高的原因是高强度的马氏体上分布有适量的下贝氏体，提高了钢材的强韧性，断裂韧性和裂纹扩展抗力。本讲稿第五十一页，共一百零八页5Cr4W5Mo2V钢钢5Cr4W5Mo2V钢是新型的热作模具钢。该钢具有较高的热硬性，高温强度和较高的耐磨性，可进行一般的热处理或化学热处理，可代替3Cr2W8V钢制造某些热挤压模具。也用于制造精锻模、热冲模、冲头模等，使用寿命较高本讲稿第五十二页，共一百零八页5Cr4W5Mo2V钢钢 力学性能力学性能5Cr4W5Mo2V(RM-2)钢具有较高含碳量及合金元素总质量分数为12，因而具有较高的硬度、耐磨性、回火抗力及热稳定性。本讲稿第五十三页，共一百零八页5Cr4W

31、5Mo2V钢钢 热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能1)锻造工艺加热温度11701190，始锻温度11201150，终锻温度850，在850600区间应快冷以避免网状碳化物形成，在600以下缓冷。2)退火工艺加热温度870，等温温度730，炉冷到500以下出炉空冷。本讲稿第五十四页，共一百零八页5Cr4W5Mo2V钢钢3)淬火及回火工艺本讲稿第五十五页，共一百零八页5Cr4W5Mo2V钢钢 应用范围应用范围5Cr4W5Mo2V钢适于制作小型精锻模、平锻模、压印模凸模、热挤压凸模及热切底模、热切边模、辊锻模等模具。由于5Cr4W5Mo2V钢比3Cr2W8V钢具有较高的热强性、耐磨性及热稳

32、定性，用该钢制作的模具，使用寿命比3Cr2W8V钢普遍提高23倍，个别模具可提高1020倍。本讲稿第五十六页，共一百零八页4Cr3Mo2NiVNbB(HD)力学性能力学性能HD钢的室温强度、室温韧性、高温强度、高温韧性都比3Cr2W8V钢高。在相同硬度条件下，HD钢的断裂韧度比3Cr2W8V钢高50，700高温短时抗拉强度高70，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50。本讲稿第五十七页，共一百零八页4Cr3Mo2NiVNbB(HD)热处理工艺及性能热处理工艺及性能1)锻造工艺加热温度11001150，始锻温度10001050，停锻温度850。2)退火工艺加热温度850，保温4h，炉冷到55

33、0以下出炉空冷。3)淬火、回火工艺淬火加热温度1130，回火温度650700，经相同的温度回火后，HD钢的回火硬度比3Cr2W8V钢高，回火温度越高，HD钢与3Cr2W8V的硬度差越大。本讲稿第五十八页，共一百零八页4Cr3Mo2NiVNbB(HD)应用范围应用范围HD钢用于钢质热挤压凸模、铜合金管材挤压模和穿孔针，热挤压轴承环凸模与凹模、气门挤压底模等模具，使用寿命均比3Cr2W8V钢制模具高。本讲稿第五十九页，共一百零八页4Cr3Mo2NiVNbB(HD)本讲稿第六十页，共一百零八页4Cr3Mo2NiVNbB(HD)本讲稿第六十一页，共一百零八页6Cr4M03Ni2WV(CG2)钢钢6Cr

34、4Mo3Ni2WV钢（代号为CG-2）是基体钢类型的新型模具钢。该钢具有强度高，红硬性好，韧性也较好。该钢具有较宽的热处理温度范围，灵活性大，基本上无淬裂现象。根据模具使用的条件，可适当调整热处理工艺，用于冷作模具可采用520560回火，用于热作模具则可选用600650回火。此钢可用于制造热挤压轴承圈冲头、热挤压凹模、热冲模、精锻模，此外也可作冷挤压模，冷镦模具等。该钢热加工工艺较难掌握、锻造开裂倾向较为严重，在热加工时应给予注意。本讲稿第六十二页，共一百零八页6Cr4M03Ni2WV(CG2)钢钢 力学性能力学性能由于钢中含有2(质量分数)的Ni元素，使基体的强度和韧性提高。CG2钢的室温及

35、高温强度、热稳定性均高于3Cr2W8V钢，但塑性及高温冲击韧度稍低于3Cr2W8V钢。本讲稿第六十三页，共一百零八页6Cr4M03Ni2WV(CG2)钢钢 工艺性能工艺性能1)锻造工艺始锻温度11401160，终锻温度950。锻造时要求反复镦拔三次以上，以保证碳化物均匀分布，锻后应缓冷并及时退火。2)退火工艺采取等温球化退火，加热温度11001130，等温温度670，炉冷到400以下出炉空冷，退火硬度220240HBS。3)淬火、回火工艺淬火加热温度11001130，油冷。用作热作模具时，回火温度630，回火两次，每次2h，回火硬度5153HRC。用作冷作模具时，回火温度540，回火两次，硬度

36、5962HRC。本讲稿第六十四页，共一百零八页6Cr4M03Ni2WV(CG2)钢钢 应用范围应用范围用CG2钢制作轴承套圈热挤压凸模和凹模，1130油淬及630、600回火，硬度5053HRC，凸模寿命为3Cr2W8V钢凸模的23倍；制作底板，使用寿命为3Cr2W8V钢底板的36倍；制作热挤压凸模，寿命提高近1倍。CG2钢还可用于制作标准件及轴承滚子冷镦模、缝纫机零件冷镦模等。本讲稿第六十五页，共一百零八页3Cr3M03VNb钢钢(HM3)力学性能力学性能M3钢具有高的高温强度。当试验温度低于600时，HM3钢的强度低于4Cr5W2VSi钢，而当温度高于600时，HM3钢的强度却高于4Cr5

37、W2VSi钢。本讲稿第六十六页，共一百零八页3Cr3M03VNb钢钢(HM3)热处理工艺及性能热处理工艺及性能1)锻造工艺始锻温度11201150，终锻温度大于或等于850。2)退火工艺加热温度860，等温温度710，炉冷至550以下出炉空冷。3)淬火、回火工艺淬火温度1080，回火温度560630，回火两次，具体温度根据对模具的硬度要求选择。本讲稿第六十七页，共一百零八页3Cr3M03VNb钢钢(HM3)应用应用用HM3钢代替3Cr2WSV、5CrNiMo、4Cr5W2VSi制作模具，可使模具寿命提高2-10倍，并有效地克服了模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的失效。在热锻成形凹模、连杆辊锻模

38、、热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等方面的应用取得了良好效果。本讲稿第六十八页，共一百零八页第四节第四节 压铸模具钢压铸模具钢一、选用一、选用压铸模具的选材，主要依据浇注金属的温度及种类而定。本讲稿第六十九页，共一百零八页二、压铸模具材料二、压铸模具材料锌合金压铸模锌合金压铸模锌合金的熔点为400430，锌合金压铸模型腔的表层温度不会超过400。常用于制造锌合金压铸模的材料有40Cr、30CrMnSi、40CrMo、5CrNiMo、5CrMnMo、4CrSMoSiV、4CrSMoSiVl、3Cr2W8V、CrWMn钢等。本讲稿第七十页，共一百零八页 铝合金压铸模铝合金压铸模铝

39、合金熔液的温度通常在650700左右，要求铝合金压铸模用钢必须具备高的回火抗力和冷热疲劳抗力，足够的强度、塑性及耐热性能，良好的导热性，低的热膨胀系数等。在工艺性能中，特别要求改善热处理变形性及具有良好的渗氮(或氮碳共渗)工艺性能。常用的铝合金压铸模具钢有4CrSMoSiVl(H13)、3Cr2W8V及新钢种4Cr5Mo2MnVSi(Y10)和3Cr3Mo3VNb(HM3)等。二、压铸模具材料二、压铸模具材料本讲稿第七十一页，共一百零八页二、压铸模具材料二、压铸模具材料 铜合金压铸模铜合金压铸模铜液温度通常高达870940。要求铜合金压铸模具材料具有高的热强性、导热性、韧性、塑性，高的抗氧化性

40、、耐金属侵蚀性及良好的加工工艺性能。国外已采用加钴的钨系高热强模具钢、钨基合金、钼基合金、马氏体时效钢以及加钴的铬钼钒钢等材料制造铜合金压铸模，其使用效果比3Cr2W8V钢好。国内仍大量采用3Cr2W8V钢制造铜合金压铸模具，也有的用铬钼系热作模具钢。近年来，我国研制成功新型热作模具钢Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)，其抗热疲劳性能明显优于3Cr2W8V钢；3Cr3Mo3V钢模具的使用寿命也比3Cr2W8V钢模具高。钨基合金Anviloyll50、钼基合金TZM合金制造的压铸模都有较高的寿命。如用3Cr2W8V钢制造的黄铜压铸模，可压铸6000件本讲稿第七十二页，共一百零八页二、压铸模具材料

41、二、压铸模具材料 钢铁材料压铸模钢铁材料压铸模钢的熔点为14501540，钢铁材料压铸模的工作温度高达1000，型腔表面受到严重氧化、腐蚀及冲刷，模具寿命很低。最常用的模具材料仍为3Cr2W8V钢，但因该钢的热疲劳抗力差、使用寿命很低。目前国内外，均趋向使用高熔点的钼基合金及钨基合金制造黑色金属压铸模，其中TZM及Anviloyll50两种合金受到普遍重视。采用导热性好的合金，如铜合金制造黑色金属压铸模，也收到满意的效果。本讲稿第七十三页，共一百零八页第五节第五节 热冲裁模具钢热冲裁模具钢要求热切边模具材料具有高的耐磨性、要求热切边模具材料具有高的耐磨性、高硬度及热硬性，一定的强韧性和良好高硬

42、度及热硬性，一定的强韧性和良好的工艺性能。的工艺性能。本讲稿第七十四页，共一百零八页第六节第六节 热作模具材料的选用热作模具材料的选用 影响热作模具使用寿命的因素很多，如工作温度、承受的载荷、模具的形状与尺寸、被加工材料的性质、质量、成型方式等因素。选择热作模具材料要综合考虑这些因素，合理选用，并且模具钢的纯净度要高、等向性要好、经过炉外精炼和多向锻造，确保热作模具工作寿命。本讲稿第七十五页，共一百零八页锻压模具用钢的选用锻压模具用钢的选用锤锻模用钢有两个问题比较突出工作时受冲击负荷作用，故对钢的力学性能要求较高，特别是韧性要求较高;锤锻模的截面尺寸较大(400mm)，故对钢的淬透性要求比较高

43、，以保证整个模具组织和性能均匀。中、小型锤锻模多选用合金含量较低、冲击韧性高的材料，如5CrMnMo钢;大型及型腔复杂的锤锻模通常选用淬透性较高的钢，如5CrNiMo钢。5Cr2NiMoVSi钢耐热疲劳性、冲击性好，适于制造大截面锤锻模具。本讲稿第七十六页，共一百零八页锻压模具用钢的选用锻压模具用钢的选用 性能要求性能要求具有良好的抗冷热疲劳性能；有一定的高温强度和高温硬度；有较好的抗回火软化能力；特别对于大型模块，还必须有非常高的淬透性，另外还要求有较好的冲击韧性和断裂韧度。本讲稿第七十七页，共一百零八页锻压模具用钢的选用锻压模具用钢的选用 选材选材锻压模具用钢主要有5CrNiMo、5CrM

44、nMo、5NiCrMoV、5Cr2NiMoV、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl等钢种。其中5CrNiMo、5CrMnMo是用途较广的模锻锤用模具材料，前者具有较好的冲击韧度和综合力学性能、较好的淬透性，可用于制造中等截面尺寸的模块。5CrMnMo主要适于制造小型模块。对于有些大型模块如大于400mm400mm截面的模块，5CrNiMo钢的淬透性就显得不足，需要采用合金含量较高的并且加入钒的5CrNiMoV钢。本讲稿第七十八页，共一百零八页锻锻压压模模具具用用钢钢的的选选用用本讲稿第七十九页，共一百零八页切切边边模模具具用用钢钢选选择择本讲稿第八十页，共一百零八页很多有色金属和钢的型材、

45、管材和异型材是采用热挤压工艺成型的。热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热挤压模具主要由挤压筒、冲头、凹模和心棒(用于挤压管材)等主要部件组成。热挤压模具的工作特点是加载速度较慢，因此，型腔受热温度较高，通常可达500800。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。常用的热挤压模具用钢有4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V，4Cr5W2VSi钢等。热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用本讲稿第八十一页，共一百零八页热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用对热挤压模具用钢的选择，应考虑以下主要因素对热挤压模具用钢的选择，应考

46、虑以下主要因素被挤压金属的挤压温度和在该温度下的强度性能。被挤压金属的化学成分。挤压加工的成品形状。挤压加工的挤压比(变形比)。挤压加工的速度。本讲稿第八十二页，共一百零八页热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用本讲稿第八十三页，共一百零八页热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用当进行轻合金挤压时，凹模垫块和心轴材料主要采用铬钼系中合金热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢等，热处理硬度为HRC4550。心棒头及镶块则采用通用高速钢W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等，热处理为HRC5560。压力筒一般采用中碳合金结构钢，硬度为HRC3540；压力筒内衬材料则采用4Cr5M

47、oSiV、4Cr5MoSiV1等，热处理硬度为HRC4247。本讲稿第八十四页，共一百零八页热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用铜和铜合金热挤压模具，凹模和垫块材料则采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V等钢种，心棒材料仍采用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢种。当挤压含镍量较高的铜镍合金时，心棒头及镶块有时采用镍基高温合金制造，挤压筒衬有时采用铁基高温合金制造。本讲稿第八十五页，共一百零八页热挤压模具用钢的选用热挤压模具用钢的选用热挤压钢的模具材料，凹模选用4Cr5MoSiV1加3Cr2W8V镶块，垫块则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1和3Cr2

48、W8V或镍基高温合金。心棒仍用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等钢种，挤压筒和内衬材料则选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1钢种。本讲稿第八十六页，共一百零八页热热挤挤压压模模具具用用钢钢的的选选用用本讲稿第八十七页，共一百零八页压铸模具用材料的选择压铸模具用材料的选择压铸模具在服役条件下不断承受高速、高压喷射、金属的冲刷腐蚀和加热作用，因此要求模具材料应具有良好的抗热疲劳性、红硬性和抗高温液态金属的冲刷、腐蚀性能，而且应具有较好的工艺性能。压铸模具材料，主要是根据压铸工件材料、压铸模的工作温度和浸蚀程度进行选择。本讲稿第八十八页，共一百零八页压铸模具用材料的选择压铸模具用材料

49、的选择对于压铸模具用钢的主要性能要求为：耐冷热疲劳性能。耐液态金属冲蚀性能。耐磨性。在工作温度下的强度和韧性。对于压铸模具用钢的选择应考虑以下主要因素：压铸金属的化学成分。压铸温度。压铸工件的形状复杂程度、尺寸和对尺寸精度及表面粗糙度的要求。生产工件的批量。本讲稿第八十九页，共一百零八页压铸模具用材料的选择压铸模具用材料的选择 铝、镁合金用压铸用模具材料铝、镁合金用压铸用模具材料铝合金压铸模具原来一直采用高合金的3Cr2W8V钢，4Cr5MoSiVl代替3Cr2W8V钢制造铝合金压铸模具。马氏体时效钢如18Ni(250)钢(00Nil8C08M05TiAl)用于制造铝合金压铸模具。低碳铬氮模具

50、钢(2CrlOMoSiVWNiN)制造铝合金压铸模。本讲稿第九十页，共一百零八页压铸模具用材料的选择压铸模具用材料的选择 铜合金压铸模具用模具材料铜合金压铸模具用模具材料铜合金压铸模具一般多采用高温性能较好的钨钼系热作模具钢制造，如3Cr2W8V、4Cr3M03SiV等，有时为了进一步提高使用寿命，采用热强性更好的加钴钨钼系热作模具钢如4Cr4W4C04V2Mo和3Cr3M03C03V等钢种。本讲稿第九十一页，共一百零八页压铸模具用材料的选择压铸模具用材料的选择为了提高模具的抗腐蚀性能，模具可采用氮化处理，或采用耐蚀模具钢，。为了减少模具的磨损和避免模具在使用过程中的过热，适当的润滑和通水冷却