热作模具材料

制作热作模具的材料

热作模具是用来将加热的金属或液体金属制成所需产品的工装，如热锻模具、热镦模具、热挤压模具、压铸模具和高速成型模具等，它们所采用的各种模具用钢统称为热作模具钢。

简介

各种热作模具都是在较高温度下进行工作的，尤其是在钢的热挤压中和钢的压铸中，钢的温度在1200~1500℃范围，因此对热作模具钢最主要的性能要求是钢的耐热性，其次是韧性和抗冷热疲劳性能。

分类

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（350~370℃）、中耐热性用钢（550~600℃）、高耐热性用钢（580~650℃）；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具钢等；特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。

国家标准GB 1299—85《合金工具钢技术条件》列入了12个热作模具钢钢号，主要分为三类“一类是原用老钢种，如5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等；一类是国内自行研制的新钢种，如5Cr4Mo3SiMoVA1、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4Cr5MoSiV等；另一类是引进国外通用钢种，如4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5W2VSi（W2）等。

大部分的热作模具钢的含碳量在0.3%~0.6%之间，在组织上属于亚共析钢，但也有少部分热作模具钢因在钢种加入较多的钨、铝、钒等合金元素，成为共析或过共析钢，如3Cr2W8V、5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4WMo2V等热作模具钢，对于高温用压铸模，热挤压模常采用奥氏体系耐热钢。

性能要求

使用性能

热作模具在工作条件下表面与心部温差较大。根据模具类型和型腔结构的不同，其表面温度约550~750℃范围内波动，心部温差较大。开始工作时，如果模具不经预热或预热不当，心部则较低，往往与室温相当。热处模具型腔早期塑性变形失效或开裂失效与材料的高温屈服强度或塑性不够有很大的关系，因此对热作模具材料提出以下使用性能要求。

1、硬度和强度要求热作模具材料在其使用温度下仍保持一定的强度，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，要求热作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的情况下工作的，这会在产生应力，不防止模具表面产生热疲劳裂纹，要求热作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作，模具工作面与空气液态金属或其他介质接触，因此要求热作模具材料具有在工作温度下的抗氧化性能或搞液态金属冲蚀的性能。

5、耐磨性由于热作模具工作除受到毛坯变形时产生的磨擦磨损外，还受到高温氧化腐蚀和氧化铁销的研磨，这需要热作模具材料具有较高的硬度和耐磨性。

6、导热性为了使热作模具不致因积热过多而导致力学性能下降，要尽可能降低模面温度，减少和模具内部的温差，这要求热作模具材料具有较高的硬度和耐磨性。

工艺性能

热作模具从原材料到制成模具要经过各种冷热加工。一般模具的加工费约占模具成本的一半左右。因此模具材料工艺性能的好坏，将直接影响模具材料的推广和应用。

1、锻造成型性各种热作模具材料在相同的热加工工艺参数下，材料的高温强度越低，伸长率越大，则该钢的锻造变形抗力越小，成型性也就越好。

2、淬火工艺性大部分热作模具工作零件都需要经过淬火等热处理，模具材料淬火工艺性的好坏将直接影响模具材料的使用性能和使用寿命。

3、切削工艺性在模具擦加工费用中，切削加工费用约占加工费用的90%，所以热作模具钢切削加工的难易将直接影响该钢的推广应用。

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