第5章热作模具材料

1、模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术第第5 5章章 热热作模具材料作模具材料模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术低耐热高韧性热作模具钢2热作模具材料分类及性能要求1第5章 热作模具材料高耐热热作模具钢4中耐热韧性热作模具钢3热作模具材料的选用6特殊用途热作模具钢5模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.1 热作模具材料分类及性能要求 热作模具材料按用途不同，可分为热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢等；按耐热性不同可将热作模具材料分为低耐热性用钢、中耐热性用钢、高耐热性用钢；按合金元素分类可以分为钨系热作模具钢、铬系热作模具钢、铬钼系及铬钨钼系热作模钢等；

2、特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.1 热作模具材料分类及性能要求（1）使用性能硬度和强度韧性热疲劳抗力化学稳定性（2）工艺性能锻造成型性淬火工艺性切削工艺性模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2 低耐热高韧性热作模具钢12工艺性能工艺性能几种典型钢种介绍几种典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.1 工艺性能（1）退火（2）淬火（3）回火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍5.2.2.1 5.2.2.1 5CrNiMo5CrNiMo钢钢（1）力学性能 5CrN

3、iMo钢是传统的热锻模钢，从20世纪30年代应用至今。它具有良好的韧性和淬透性，对尺寸效应不敏感。5CrNiMo钢在400以下工作可以保持较高的强度，高于400时强度急剧下降，如温度升高到550时，屈服点与室温比较下降将近一半。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（3）应用范围 5CrNiMo钢是目前国内用量较大的锻模用钢。大、中、小型模块，深、浅型槽的模块均可用5CrNi

4、Mo钢，通用性强。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍5.2.2.2 5CrMnMo5.2.2.2 5CrMnMo钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（2）工艺性能 锻造工艺 退火工 艺 淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（3）应用范围 与5CrNiMo钢相比，5CrMnMo钢的淬透性及韧性较低，只适于制造要求较高强度和耐磨性的模具。而韧性要求不甚高的3T锤以下的浅型槽中小型锤锻模以及部分压力机模块，也可用于工作温度低于500的其他小型热作模具。模具材料

5、及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍5.2.2.3 4CrMnSiMoV5.2.2.3 4CrMnSiMoV钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍（3）应用范围 4CrMnSiMoV适用于大中型锻模，也可用于中、小型锻模，寿命比5CrNiMo模具高。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍5.2.2.4 5NiCrMoV5.2.2.4 5NiCrMoV钢和钢和5Cr2N

6、iMoV5Cr2NiMoV钢钢模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.2.2 几种典型钢种介绍5.2.2.5 5.2.2.5 5Cr2NiMoVSi5Cr2NiMoVSi和和45Cr2NiMoVSi45Cr2NiMoVSi钢钢主要性能特点锻造工艺退火工艺淬火和回火工艺实际应用模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3 中耐热韧性热作模具钢12工艺性能工艺性能几种典型钢种介绍几种典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.1 工艺性能（1）退火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.1 工艺性能（2）淬火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术

7、5.3.1 工艺性能（3）回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍5.3.2.1 4Cr5MoSiV5.3.2.1 4Cr5MoSiV钢钢（1）力学性能 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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2

8、几种典型钢种介绍（3）应用范围 广泛应用于铝型材挤压模，汽车、拖拉机、五金工具等行业的机锻模，轴承行业挤压模及碾压锟、压铸模等方面。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍5.3.2.2 4Cr5MoSiV15.3.2.2 4Cr5MoSiV1钢钢（1）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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍（2）工艺

9、性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍5.3.2.3 4Cr3Mo2NiVNbB5.3.2.3 4Cr3Mo2NiVNbB钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.3.2 几种典型钢种介绍（3）工艺性能 HD钢用于钢质药筒热挤压凸模、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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4

10、 高耐热热作模具钢12类型与牌号类型与牌号工艺性能工艺性能3几种典型钢种介绍几种典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.1 类型与牌号 高耐热热作模具钢常用钢号有3Cr2W8V、5Cr4Mo2W2SiV、5Cr4W5Mo2V、4Cr3Mo3W2V等。它们普遍含有8%10%以上的合金元素，虽然这些钢中的含碳量不高，但由于加入较多的合金元素，使钢接近共析或共析成分。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.2 工艺性能（1）退火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.2 工艺性能（2）淬火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.2 工艺性能

11、（3）回火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.1 3Cr2W8V5.4.3.1 3Cr2W8V钢钢（1）力学性能 3Cr2W8V钢的主要元素含量正好是W18Cr4V高速钢的一半，因此又称半高速钢。因含有较多的W、Cr、V元素，因而淬透性、回火稳定性、热强性都较高。室温力学性能高温力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺性退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）应用高淬高回工艺控制淬硬层淬火工艺贝氏体等温淬火工艺模具材料及表面工

12、程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.2 5Cr4W5Mo2V5.4.3.2 5Cr4W5Mo2V钢钢（1）力学性能 RM-2钢具有较高的回火抗力和热稳定性，在硬度50HRC时的热稳定性可达700，耐磨性能也好。适于制作小截面热挤模、高速锻模和辊锻模具。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）应用 与3Cr2W8V钢相比，5Cr4W5Mo2V钢具有较高的热强性、耐磨性及热稳定性，适于制作小型精锻模、平锻模、压印凸

13、模、热挤压凸模及热切底模、热切边模、辊锻模等。其使用寿命比3Cr2W8V钢普遍提高23倍，个别模具可提高1020倍。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.3 5Cr4Mo3SiMnVAl5.4.3.3 5Cr4Mo3SiMnVAl钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）冷作模具钢的应用范围 5Cr4Mo3SiMnVAl钢的抗弯强度及挠度均高于W18Cr4V。用012Al代替高速钢制作冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝

14、板、内六角凸模、切边模，很少出现折断现象，其寿命比Cr12MoV钢大幅度提高。 同时由于012Al钢有优良的高温力学性能及热疲劳性能，因此，用012Al钢制作的热作模具，热疲劳性能也比3Cr2W8V钢制模具有更长的使用寿命。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.4 6Cr4Mo3Ni2WV5.4.3.4 6Cr4Mo3Ni2WV钢钢（1）力学性能 由于钢中含有2%的Ni元素，使基体的强度和韧性提高。CG-2钢的室温及高温强度、热稳定性均高于3Cr2W8V钢，但塑性及高温冲击韧度稍低于3Cr2W8V钢。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.

15、4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）应用范围 用CG-2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。CG-2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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.5 4Cr3Mo3W4VNb5.4.3.5 4Cr3Mo3W4VNb钢钢（1

16、）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）实际应用 GR钢成功地应用在齿轮高速锻造、精密锻造、轴承套圈热挤压、自行车零件及螺母热镦模、小型机锻模等方面效果显著，与3Cr2W8V钢对比，各类模具使用寿命均有大幅度提高，从数倍至数十倍。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.6 4Cr5Mo2MnVSi5.4.3.6 4Cr5Mo2MnVSi和和4Cr3Mo2MnVNbB4Cr3Mo2MnVNb

17、B钢钢 y10及y4分别是为铝合金及铜合金压铸而研制的新型热作模具钢。 y10及y4钢在力学性能上，尤其是冷热疲劳抗力和裂纹扩展阻力方面明显优于3Cr2W8V钢，是比较理想的铝、铜合金压铸模材料。用于压铸模具，可使模具寿命普遍提高110倍。两种钢在热挤压模、热锻模方面的应用也取得明显成效。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.7 3Cr3Mo3VNb5.4.3.7 3Cr3Mo3VNb钢钢（1）力学性能 HM3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4Cr5W2V

18、Si钢。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）应用 用HM3钢代替3Cr2W8V、5CrNiMo、4Cr5W2VSi制作模具，可使模具寿命提高210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。在热锻成型凹模、连杆辊锻模、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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍5.4.3.8 2Cr3Mo2NiVSi5.4.3.8 2Cr3Mo2NiVSi钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.4.3 几种典型钢种介绍（3）实际应用 PH钢适用于在500600范围内使用的热锻模具。用PH钢制作常啮合齿轮模和连杆模等，模具使用寿命比H11钢提高1倍。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.5 特殊用途热作模具钢12奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢高温耐蚀热作模具钢高温耐蚀热作模具钢模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术5.5.1 奥氏体耐热钢（1）高锰系奥氏体热作模具钢力