热作模具钢的评估及选用

1、热作模具钢的评估及选用 随着高效、高速、高强度、大吨位的机械化、自动化加工成形设备的发展以及热锻模、 热挤压模、热镦模、压铸模等复杂工艺的广泛应用，对模具的强度、冲击韧度、红硬性和耐 磨性，提出了更高的要求。目前，采用一般的热作模具钢及普通的热处理工艺已不能满足生 产的需求，尤其是冲击韧度差易开裂、红硬性低易塌陷，以及高湿时材料的耐磨性不高，导 致模具使用寿命明显降低，严重地影响先进的热成形工艺的进一步发展。因而，改善和提高 热作模具钢的强韧度和红硬性等， 延长模具的使用寿命， 更显得越来越重要和越来越紧迫。 由多年来的资料统计数据表明， 任何一种模具产品的费用比例分别是： 模具材料费占 35

2、， 模具加供费（机械切削加工及热处理加工）占 50，其中，前两项费用是严重影响零件加工 的生产成本，故应慎重选用合理的模具材料。 模具材料的性能方面、材质优劣、使用合理与否等因素，对于模具的制造精度、合格品 率、工作时的承载能力、寿命及成本，均有密切的关系。因此在设计和制造模具过程中，对 于选材方面应综合考虑模具的种类（具体使用的场合）、制作批量、制作材料和制件复杂程 度等因素。而对于模具材料本身，则需考虑它的力学性能、耐磨性、耐热性、耐蚀性、热变 形、淬透性、机械加工性，以及材料价格和供货情况等。 目前，任何一种优质材料、新型的模具材料都难以满足所有的性能要求，所以只能根据 实际的使用条件，

3、在满足主要性能情况下来选择最佳的模具材料。 为了阐述具体问题，模具寿命的影响因素介绍如下： 热作模具钢主要用于制造锤锻模、压力机锻模、热挤压模和压制模，他们的工作条件有很大 差别。 影响热作模具工作条件的因素主要有： 1. 锻压设备的构造及特性 锻锤（空气锤、蒸汽锤、无砧座锤、高速锤等） 在工作时产生巨大的冲击功，使炽热的毛坯在模具型腔内成形，因此，锤锻模具是在高 湿、高压、高速冲击载荷下工作。压力机 （曲柄机械压力机、摩擦压力机、油压机、水压机） 的加载速度比锻锤低的多，因此，压力机模具承受的载荷近于静载。 2. 毛坯材料的性质 由于金属材料不同，它们的熔点和锻造加热温度差别很大，所以，模具

4、的工作条件也各 不相同。 3. 模具的润滑及冷却方式 在金属塑性成形时，采用适当的润滑剂，可减少摩擦系数，使变形抗力下降，其降低的 幅度通常为30%40%，这有助于减轻模具的磨损及防止模具断裂的危险性。同时，为防止 模具温度过高，热作模具必须采用冷却措施，生产实践证明，正确而有效的冷却对提高模具 的使用寿命。 4. 模具的结构及制造质量 模具的结构设计和型腔几何形状对金属塑性成形压力和模具寿命都有很大的影响，为提 高模具寿命，通常采用各种形式的组合凹模。模具型腔的表面粗糙度对疲劳抗力和摩擦力也 有很大的影响。 5. 模具合理使用 热作模具的使用与冷作模具有一个很大的区别，就是在使用之前，必需对

5、模具进行必要 的预热。生产实践证明该项工作是很重要的，如不注意模具的合理使用，就会大大降低模具 的使用寿命。 根据实际生产中的有关资料，目前已在各企业中常用热作模具的应用情况，可归纳如表 1所示。该表列出热作模具常用的钢号、主要特性、热处理硬度及用途。 表1 热作模具常用的钢号、主要特性及用途 钢号 主要特性 硬度 HRC 用途 5CrNiMo 合金元素含量较低的热作模具钢，具有 较高的淬透性和良好的韧度，强度耐磨 性，但容易出现白点 44 48 适合制造各种形状复杂，冲 击载何大、工作温度不太 高、边长400mn大中型锤 锻模及切边模 5CrMnMo 该钢除淬透性、耐热疲劳性稍差外，其 它性

6、能都和5CrNiMo相似 44 48 适合制造边长w 400mm勺中 型锤锻模即热切边模 SCrM nM oSiV 由于增加了合金兀素，使抗回火能力及 淬透性增大，其使用寿命比上面两种材 料有较大提咼，但韧度不如5CrNiMo 44 49 适于制作中、小型锻模，但 不适用制作大型锤锻模 3Cr2W8V 该钢含有较多易形成碳化物的元素铬和 钨，具有良好的淬透性，在高温下（600 700C ）时，具有较高的强度和硬度、热 疲劳性能，但其强度和塑性较差 48 用于制造高温高压应力下， 而冲击负荷不大的凸模和 凹模。如制造压铸模、热挤 压模、精锻模和有色金属成 型模等 4Cr5MoSiV( H11)

7、空冷硬化型热作模具钢，在中温下具有 53 用于制造铝合金压铸模，热 较好的热强性、高的耐磨性及良好的疲 劳性能，且热处理变形小 57 挤压模，穿孔用工具，心棒, 压力机锻模 4Cr5MoSiV( H13 4Cr5W2SiV 空冷硬化型热作模具钢，在较高温服 （600C ）时，具有较高的强度和硬度， 高的耐磨性和韧度，并具有良好的热疲 劳性 53 55 用来制造锤锻模，热挤压模 及心棒，压力机模，精锻机 模及镶块，铝、铜合金压铸 模，高速锤锻模 3Cr3Mo3VN6(HM3) 新型高强韧热作模具钢。该钢含碳量较 低，是为了增加导热性，提咼冷热疲劳 寿命，钼、钒、铌合金元素形成碳化物， 因熔点较高

8、，可细小晶粒，使钢的热强 性升高。 47 52 用于制造航空喷气发动机 难变形合金、咼温合金等精 密锻模 4Cr3Mo2 Mn VB(ER8 空冷硬化型热作模具钢（H10改型钢种）， 具有更咼的强韧度、抗冷热疲劳性、抗 热振性及抗回火软化能力 42 48 用于制造铜、铝合金压铸 模，大变量的热挤压模、热 拉深件的冲头 4Cr5Mo2 MnV N6B(Y 新型热作模具钢。具有高的热强性、热 稳定性、良好的韧度、导热性及工艺性 49 50 用于制造铜、铝合金压铸 模,并可代替3Cr2W8Vffl制 造中、小型压力机模具、热 积压等模具 4Cr5Mo2 MnV Si(Y10 新型热作模具钢。其化学成

9、分与 H13钢 相似，具有很好的淬透性，钼及钒合金 元素对细化晶粒、提咼热透性和回火稳 定性有较大作用 50 51 用于制造电机端盖，照相机 盒，汽车变速箱上盖等铝合 金压铸模 6Cr4Mo3Ni2W(CG2 冷热兼用的基体钢，具有较宽的热处理 工艺范围，无淬裂倾向，在较咼温度下， 具有高的强度、韧度、耐磨性及抗热疲 劳性 51 53 用于制作热冲模，热挤压 模，高速锻模，精锻齿轮模 及镶块等 8407 （瑞典） 该钢纯度咼、晶粒细密、各向同性好， 不论大小尺寸、韧度好。咼温强度咼、 热应力疲劳抗力强，良好的淬透性和热 处理尺寸稳定性 32 38 用于制造锌、铝、铅压铸模 及交口套 总之，热作模具使用寿命的重要因素是与模具材料的化学成分及其所决定的钢的强度、 韧度、耐磨性、