热变形模具钢的选材和热处理.doc

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1、热变形模具钢的选材和热处理摘要：热作模具的工作环境有其特殊性，而且原材料成本较昂贵。因此正确选用热作模具钢和合理的进行热处理工艺的制定就更为重要。　　关键词：热变形模具钢；变形模具钢　　随着汽摩、轴承、齿轮、电讯、仪表等工业的发展，毛坯的需求量大量增加，相应的机械加工工业中热煅、热挤压、压铸等在生产中使用的热变形模具也越来越引起人们的关心和重视。人们在探索如何提高热作模具寿命问题时，对热变形模具的选材和相应的热处理工艺的探讨也越显重视。但是不论是锤锻、压力机锻、热挤压和压铸，其中的热作模具和冷作模具的工作条件是完全不同的

2、。模具的工作面直接与高温金属或液态金属相接触，从而使机械性能降低；同时模具受到多次反复的热和冷却。因此表面引起体积的变化（胀和缩）产生的附加应力，而形成细的表面裂纹网络，即产生模具所谓“热疲劳裂纹”。随着继续使用。裂纹长大，最后导致开裂。此外模具在工作时受到很大的负荷（压缩、拉伸、冲击、疲劳、剪切等）变形金属温度愈底，变形程度愈大或速度愈高，则模具受到的负荷就愈大，从而可能引起模具的变形和开裂。因此，在使用热变形模具钢时，其需要满足以下基本性能的要求:　　（1）高的机械性能。尤其在受热条件下，保持高的屈服强度和刃性，从而

3、使模具的工作部分不发生变形和破坏，为此要求有高的抗回火稳定性。　　（2）优良的耐热疲劳性。从热作模具钢断裂失效形式来看，大多是热机械疲劳断裂。因此热作模具钢应具有高的热机械疲劳断裂抗力指标。为此钢材必须有合理的合金化和具有高的断裂刃性。此外模具钢应有良好的导热性和可能小的膨胀系数，还要有较高的临界温度。使模具在工作温度下不发生α→γ相变以减小应力值。　　（3）高的淬透性。保证较大尺寸的热变形模具沿整个截面有均匀一致性能，尤其是刃性。　　（4）抗氧化能力。尤其是受热较高的模具。　　正因为热作模具的工作环境有其特殊性，而且原

4、材料成本较昂贵。因此正确选用热作模具钢和合理的进行热处理工艺的制定就更为重要。  　　1热变形模具钢的化学成分和热处理特点　　为满足上述性能要求，热变形模具钢都采用合金钢，在化学成分方面碳含量较低，通常在0.30～0.55%范围内，以获得优良的热疲劳性和导热性，同时经热处理后有较好的机械性能。而作为合金元素加入的Gr、W、Mo、V等四种元素可与碳结合形成特殊碳化物。这些特殊碳化物对热作模具钢的抗回火能力、回火后的硬度和热稳定性有很大的影响。因此在热作模具钢中必须含有Cv、W、Mo、V 等元素。W虽然能提高钢的热强性,但含

5、W量过多使热疲劳性敏感性增高，Mo也能提高钢的热强性增加。Mo含量也能降低钢的热疲劳抗力,但如以Mo代W，则在获得相同的热强性的条件下具有较高的抗热疲劳能力。这是目前国内一般压铸模已用含Mo的H11的H13(4G5MoV1Si)替代3G2W8V。但如考虑模具在高温下的热强性和抗变形能力，则3G2W8V优于H13或H11。一些高温下工作的锻模和精模仍用3G2W8V。　　实际应用中的热作模具钢不可能既具有较高的热强性和耐磨性，同时又具备较高的断裂抗力及抗热疲劳能力，然而有些钢可通过不同的热处理工艺分别使它具有不同的特性。因此

6、对于许多现有的热作模具钢不可能只有一种或两种“最佳”热处理工艺，对于这种模具可能是最佳，对于另一种模具也许并非最佳，甚至是不佳。因此要根据模具的工作条件和失效分析来制定合理的热处理工艺。其次作为热作模具钢来说，因为它的碳含量在0.30～0.55%之间，用不同的淬火加热温度，可使淬火后所得的淬火组织中马氏体的形态有很大的变化。即适当提高中碳含量钢的淬火温度，可使淬火组织中板条马氏结构组织增加，因而增强刚的强韧性，这也是热作模具钢热处理不同之处。2常用的热变形模具钢　　2.1低合金变形模具钢　　这类钢的合金化各国都以Cr-N

7、i或Cr-Mn为主加入合金元素Mo或Ti。目前国内仍广泛使用Cr-Ni或Cr-Mn系统的低合金变形模具钢，其典型钢中为5CrNiMo和54NiMo它的化学成分和热处理类似调质钢,一般工厂在淬火时为防止模具变形和开裂，出油温度不敢压的很低，一般在200℃左右。此时仅略低于该钢种的Ms点,因而只有模具表面获得一层马氏体组织中,心部仍处于过冷奥氏体状态,为了防止模具开裂一般,又及时转入380～540℃的回火炉中及时回火，这样心部的过冷奥氏体有可能在回火过程中转变为上贝氏体组织，冲击韧性较差。因而，造成国内锻模寿命普遍不高，不超

8、过3000件，其失效方式是开裂，塑性变形和龟裂。　　为了提高这类钢制热锻模的使用寿命，故采用复合等温热进行处理是行之有效的办法。该方法首先在160～200℃硝盐中分级停留使其发生部分马氏体转变，然后再转入280～300℃硝盐中等温2～3小时，经过这样处理后的组织，由马氏体、下贝氏体、残余奥氏体组成，然后取出空冷，再根