熱作模具材料

熱作模具是用來將加熱的金屬或液體金屬製成所需產品的工裝，如熱鍛模具、熱鐓模具、熱擠壓模具、壓鑄模具和高速成型模具等，它們所採用的各種模具用鋼統稱為熱作模具鋼。

基本介紹

• 中文名：熱作模具材料
• 含義：將加熱或液體金屬製成工裝用鋼
• 分類：熱鍛模具、熱鐓模具等
• 溫度範圍：1200~1500℃

簡介

各種熱作模具都是在較高溫度下進行工作的，尤其是在鋼的熱擠壓中和鋼的壓鑄中，鋼的溫度在1200~1500℃範圍，因此對熱作模具鋼最主要的性能要求是鋼的耐熱性，其次是韌性和抗冷熱疲勞性能。

分類

熱作模具材料按用途不同，可分為熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、壓鑄模用鋼、熱沖裁模用鋼等；按耐熱性不同可將熱作模具材料分為低耐熱性用鋼（350~370℃）、中耐熱性用鋼（550~600℃）、高耐熱性用鋼（580~650℃）；按合金元素分類可以分為鎢系熱作模具鋼、鉻系熱作模具鋼、鉻鉬系及鉻鎢鉬系熱作模具鋼等；特殊要求的熱作模具有時採用高溫合金和難熔合金製造。

國家標準GB 1299—85《合金工具鋼技術條件》列入了12個熱作模具鋼鋼號，主要分為三類“一類是原用老鋼種，如5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V等；一類是國內自行研製的新鋼種，如5Cr4Mo3SiMoVA1、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4Cr5MoSiV等；另一類是引進國外通用鋼種，如4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5W2VSi（W2）等。

大部分的熱作模具鋼的含碳量在0.3%~0.6%之間，在組織上屬於亞共析鋼，但也有少部分熱作模具鋼因在鋼種加入較多的鎢、鋁、釩等合金元素，成為共析或過共析鋼，如3Cr2W8V、5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4WMo2V等熱作模具鋼，對於高溫用壓鑄模，熱擠壓模常採用奧氏體系耐熱鋼。

性能要求

使用性能

熱作模具在工作條件下表面與心部溫差較大。根據模具類型和型腔結構的不同，其表面溫度約550~750℃範圍內波動，心部溫差較大。開始工作時，如果模具不經預熱或預熱不當，心部則較低，往往與室溫相當。熱處模具型腔早期塑性變形失效或開裂失效與材料的高溫屈服強度或塑性不夠有很大的關係，因此對熱作模具材料提出以下使用性能要求。

1、硬度和強度 要求熱作模具材料在其使用溫度下仍保持一定的強度，並且具有良好的熱穩定性，以防止模具發生變形。
2、韌性 很多熱作模具特別是鍛錘用模具，在工作過程中經常要承受較大的衝擊載荷，為了防止模具開裂，要求熱作模具材料必須有較高的衝擊韌度和斷裂韌度。
3、熱疲勞抗力 大部分熱作模具都是在周期性的溫度急劇變化的情況下工作的，這會在產生應力，不防止模具表面產生熱疲勞裂紋，要求熱作模具材料具有良好的熱疲勞抗力。

4、化學穩定性 熱作模具往往在較高的溫度下工作，模具工作面與空氣液態金屬或其他介質接觸，因此要求熱作模具材料具有在工作溫度下的抗氧化性能或搞液態金屬沖蝕的性能。
5、耐磨性 由於熱作模具工作除受到毛坯變形時產生的磨擦磨損外，還受到高溫氧化腐蝕和氧化鐵銷的研磨，這需要熱作模具材料具有較高的硬度和耐磨性。
6、導熱性 為了使熱作模具不致因積熱過多而導致力學性能下降，要儘可能降低模面溫度，減少和模具內部的溫差，這要求熱作模具材料具有較高的硬度和耐磨性。

工藝性能

熱作模具從原材料到製成模具要經過各種冷熱加工。一般模具的加工費約占模具成本的一半左右。因此模具材料工藝性能的好壞，將直接影響模具材料的推廣和套用。

1、鍛造成型性 各種熱作模具材料在相同的熱加工工藝參數下，材料的高溫強度越低，伸長率越大，則該鋼的鍛造變形抗力越小，成型性也就越好。

2、淬火工藝性 大部分熱作模具工作零件都需要經過淬火等熱處理，模具材料淬火工藝性的好壞將直接影響模具材料的使用性能和使用壽命。

3、切削工藝性 在模具擦加工費用中，切削加工費用約占加工費用的90%，所以熱作模具鋼切削加工的難易將直接影響該鋼的推廣套用。