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热作模具钢简介
2020-03-12

1.热作模具的工作条件
热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述,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。因此会带来以下两方面的问题:
(1)模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时,其模腔表面温度可达300~400℃以上热挤压模可达500一800℃以上;压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低,在使用中易发生打垛。为此,对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高,包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力,实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径,即加入Cr、W、Si等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
(2)模腔表层金属产生热疲劳(龟裂)。热模的工作特点是具有间歇性,每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此,热模的工作状态是反复受热和冷却,从而使模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,其结果引起模腔表面出现龟裂,称为热疲劳现象,由此,对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求,即具有高的热疲劳抗力。一般说来,影响钢的热疲劳抗力的因素主要有:
①钢的导热性。钢的导热性高,可使模具表层金属受热程度降低,从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与含碳量有关,含碳量高时导热性低,所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢(C0.3%5~0.6%)含碳量过低,会导致钢的硬度和强度下降,也是不利的。
②钢的临界点影响。通常钢的临界点(Acl)越高,钢的热疲劳倾向性越低。因此,一般通过加入合金元素Cr、W、Si引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。
2.常用热作模具用钢
(1)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,特别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(<400mm)故对钢的淬透性要求较高,以保证整个模具组织和性能均匀。
常用锤锻模用钢有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤锻模应选用不同的材料。对特大型或大型的锤锻模以5CrNiMo为好,也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锤锻模通常选用5CrMnMo钢。
(2)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,通常可达500一800℃。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ak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 70~90 mm。
常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等热作模具钢。其中4CrW2Si,既可做冷作模具钢,又可做热作模具钢,由于用途不同,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℃)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950一1000℃)及高温回火处理。
(3)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与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、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,可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等对Cu合金压铸模,多采用3Cr2W8V钢。
近年来,随着黑色金属压铸工艺的应用,多采用高熔点的铝合金和镍合金,或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-Si三元共渗,用以制造黑色金属压铸模。*近国内外还正在试验采用高强度的铜合金作黑色金属的压铸模材料。

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