热作模具

热挤压模主要承受压缩力和弯曲应力，脱 模时还承受一定的拉应力，但冲击力不大。模具 与炽热金属接触时间比锤锻模长，使其受热温度 比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属 时，工作温度高达600-800℃。挤压过程中模具表 面与坯料之间的摩擦较大。
8
第三节 热作模具钢
2、热挤压模 （2）失效形式
热挤压模的主要失效形式是模腔过量塑性 变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。
分锤锻模、高速锤锻模、压力机锻模、热挤压 模、热冲切模和压铸模介绍。
5
第三节 热作模具钢
1、锤锻模 高温下通过冲击加压、强迫金属成形的工具。
（1）工作条件 ➢ 承受很大的压应力和冲击载荷，且冲击频率很高； ➢ 模具型腔表面受到炽热金属的不断加热，可使模 具升温到300-400℃，局部温度达到500-600 ℃ 。 ➢ 锻完一个零件毛坯之后，必须用水或油冷却模 具，从而对模具产生急冷急热的作用。 ➢ 坯料对模具型腔还产生强烈的摩擦。
12
第三节 热作模具钢
热作模具总的性能要求： 1) 抗热性好（高温强度、热稳定性）； 2) 抗冷热疲劳性； 3) 高的强度和良好的韧性； 4) 淬透性大； 5) 耐磨性好。 其中，不同的模具又有各自突出的性能要求： 1）锤锻模突出要求高韧性； 2）高速锤锻模要求高的强韧性； 3）压力机锻模和热挤压模要求有高的高温强度； 4）热冲切模要求耐磨性和热硬性高； 5）压铸模要求高的冷热疲劳抗力和热强性。
（3）性能要求 热挤压模的尺寸一般比锤锻模小。因此，
对热挤压模的性能要求主要有： ➢ 高的热稳定性； ➢ 良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性； ➢ 较高的高温强度和足够的韧性。
9
第三节 热作模具钢
3、热冲切模 热冲切模由切边凹模和凸模组成。在切边时凸模
无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮。 （1）工作条件 由于是切边凹模完成剪切过程，因而凹模刃口与
化钢）。 与5CrNiMo相比，韧性大致相当，而硬度、热硬
性、耐磨性提高，综合性能好。在所有热作模具钢 中，这类钢具有最高的疲劳强度。
主要用于压力机锻模、高速锻模和压铸模。
26
第三节 热作模具钢
中耐热韧性钢组织及工艺特点： （1）退火工艺及组织
该钢种退火温度为1000-1070 ℃ ，退火组织为 珠光体+未溶碳化物（6%-12%），主要为 M23C6（Cr23C6）和M6C（Fe3Mo3C）。Mo影 响M6C型碳化物含量，对耐热性有影响。V影响 MC型碳化物含量，对耐磨性有影响。退火后硬 度为207-229HBS，切削加工性能好。
29
第三节 热作模具钢 3、高耐热性钢
典型钢种主要有：3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V， 5Cr4Mo2W2VSi， 5Cr4W5Mo2V。
成分特点：碳含量在0.3％-0.5％之间，合金元素含 量在8%-10%，属共析钢或过共析钢。主要有Cr、 W、Mo、V 、Si。
30
第三节 热作模具钢
3、高耐热性钢
性能特点：耐热性好，即有较高的高温强度和高 温硬度，可在600-700 ℃高温下使用。具有高耐 磨性。但塑性韧性、抗冷热疲劳性能显著低于 5%Cr的热模钢。淬透性好，小于150mm的模具 空冷也能淬透，硬度高达55-62HRC，具有强烈 的二次硬化、抗回火软化能力强、抗疲劳性好。
31
第三节 热作模具钢
19
第三节 热作模具钢
不同牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点： 3）4CrMnSiMoV含有Mo、V，提高了抗回火能力 和高温硬度。具有较高的强度、耐磨性和冲击韧度， 其高温性能、热疲劳抗力和淬透性均优于5CrNiMo 钢。可用于制造压力机锻模生产汽车用连杆、前梁 和齿轮。
20
第三节 热作模具钢 该类型模具钢的加工工艺：以5CrNiMo为例
毛坯相摩擦，同时受到一定的冲击载荷。 此外，刃口还受热而升温。 （2）主要失效形式：刃口磨损、崩刃、卷边等。 （3）性能要求 1）具有高的耐磨性，高的硬度及热硬性； 2）为避免崩刃，应具有一定的强韧性。
10
第三节 热作模具钢
4、压铸模 在高压下使液态金属成型的一种模具。
（1）工作条件 压铸模工作时与高温的液态金属接触，不仅
22
第三节 热作模具钢 淬火和回火工艺：淬火+高温回火
淬火预热温度为600-650 ℃ ，加热温度为830860 ℃ ，油淬。回火工艺500-550 ℃ 。
淬火组织为马氏体，硬度为52-60HRC，回火 组织为回火马氏体，硬度为34-48HRC。
23
第三节 热作模具钢
24
第三节 热作模具钢
2、中耐热韧性钢 钢种有4Cr5MoSiV(H11)，4Cr5W2SiV（H12）, 4Cr5MoSiV1（H13），4Cr4MoWSiV等。
16
第三节 热作模具钢
1、低耐热高韧性钢 常用钢种有：5CrNiMo、5CrMnMo、
4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。 成分特点：碳含量在0.4％-0.6％之间。为提高淬透 性和热强性，加入合金元素Cr、Ni、Mn、Si、Mo、 V。 属亚共析钢或接近共析钢。 性能特点：淬透性高；有一定回火稳定性和高温强 度，可在500-600 ℃以下抗热使用，但相对其它热 模钢，其耐热性较低；冲击韧度高、疲劳强度高， 属高韧性钢。主要用于锤锻模。
27
第三节 热作模具钢
（2）淬火回火工艺及组织： 淬火温度为1010-1060 ℃ ，淬火后硬度为50-
59HRC。由于Cr含量高，该钢种淬透性高，可采 用空冷淬火。尺寸大于100 mm的模具可采用油 冷淬火。淬火组织为细晶马氏体+过剩碳化物 （MoC、VC）+残余奥氏体。
回火温度根据硬度要求而定，在540-650 ℃之 间。硬度要求高，回火温度需低一些；硬度要求 低，韧性要求高，回火温度可高一些。5%Cr热 作模具钢通常的使用硬度为44-50HRC。在剧烈 冲击和重负载荷下可采用40-44HRC。
根据加工材料，热作模具可分为金属模具 （黑色金属、有色金属）、非金属模具（玻璃模 具、塑料模具）等。
2
第三节 热作模具钢
二、热作模具的工作条件 主要考虑受热情况： 1）受热时间：锤锻、挤压； 2）被加工材料：黑色金属、有色金属。 3）润滑、冷却
热量来源：高温金属的热传递、摩擦生热、变 形热、模具预热。
17
第三节 热作模具钢
不同牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点： 1) 5CrNiMo 和5CrMnMo ：由于碳化物形成元素含 量低，碳化物主要为M3C型，阻止奥氏体长大的能 力较差，耐热性低，热稳定性较差，热强性不高。
5CrNiMo相对有良好的韧性和淬透性，主要用于 制造各种类型的大、中型锤锻模。
13
第三节 热作模具钢
四、热作模具钢的特点： 1）热作模具大多用合金工具钢制造，少数用高 温合金和硬质合金。一般不用碳素工具钢（淬透 性低、热疲劳抗力差、脆性大、易崩裂）。 2）为了保证钢的韧性和热疲劳抗力，碳化物量 不能太多，热作模具钢中的碳含量一般在0.3％-0.6 ％之间，属亚共析钢。 3）热作模具钢中的常用合金元素为Cr、W、 Mn、Mo、V、Ni、Si等元素，其中，Cr、Mn、 Si、Mo可提高淬透性；W、Mo、V可增加抗热性 和耐磨性，Cr、 Mn、 Si可获得好的抗氧化性。
高耐热韧性钢组织及工艺特点： （1）退火工艺及组织
该钢种退火温度为840-880 ℃ ，退火组织为 细颗粒珠光体+少量一次共晶碳化物。碳化物 总的质量分数为10%-13%，主要为M6C型。 含V高时，主要为MC型碳化物。退火硬度为 207-255HBS，切削加工性稍差。
3
第三节 热作模具钢
模具温度对组织性能的影响： 1）模具温度低于回火温度：组织、性能变化不 大； 2）模具温度高于回火温度，但低于AC1（图512，5-13，5-14）：强度、硬度降低，塑性、韧 性增加。 3）模具温度高于AC1：形成马氏体组织，脆性 增加。 4）热应力循环，产生疲劳裂纹。
4
第三节 热作模具钢 三、各类热作模具的工作条件和性能要求
6
第三节 热作模具钢
1、锤锻模 （2பைடு நூலகம்失效形式
锤锻模的主要失效形式氧化、磨损、断裂、 产生热疲劳裂纹，形成龟裂；塑性变形造成型面 塌陷。
（3）性能要求 ➢较高强度和良好的韧性； ➢良好的耐磨性和耐冷热疲劳性； ➢具有高的淬透性。 ➢良好的导热性和抗氧化性。
7
第三节 热作模具钢 2、热挤压模 （1）工作条件
5CrNiMo钢的临界温度：AC1为730 ℃ ；AC3 为780 ℃ ；Ms 为230 ℃ 。
锻造工艺：锻坯加热温度为1100-1150 ℃ ，始 锻温度为1050-1100 ℃ ，终锻温度为800-880 ℃ ， 砂冷或坑冷。交替进行拔长和镦粗2-3次以上。
21
第三节 热作模具钢 退火工艺：采用完全退火或等温退火，退火工 艺曲线如图所示。退火组织为片状或粒状珠光体+ 少量碳化物：主要为（Fe,M)3C，也有少量M23C6, M6C, MC。
28
第三节 热作模具钢
典型钢种的性能特点及应用： 4Cr5MoSiV 和4Cr5MoSiV1有较高的韧性和塑性， 4Cr5W2SiV和4Cr4MoWSiV有较高的强度和硬度。 4Cr5MoSiV1 比4Cr5W2SiV的耐热性好， 4Cr4MoWSiV耐热性最好。 中耐热韧性钢主要用于热变形用模具（压力机锻模、 高速锻模）和压铸模。 4Cr5MoSiV 和4Cr5MoSiV1韧性好，适用于高速 锤锻模， 4Cr4MoWSiV强度硬度高，适用于塑性 变形抗力大的热变形模、高速锤锻模以及压铸模。
第三节 热作模具钢 热作模具主要用于热变形加工和压力铸造的模 具。其工作特点是在再结晶温度以上使金属材料 产生一定的塑性变形，或者使高温的液态金属铸 造成形，从而获得各种所需形状的零件或精密毛 坯。
1
第三节 热作模具钢
一、热作模具的分类:
根据加工形式，热作模具可分为热冲切模 （热切边模、热切料模）、热变形模（锤锻模、 高速锤锻模、压力机锻模、热挤压模）和压铸模 （铝合金压铸模、铜合金压铸模、黑色金属压铸 模等）。
14
第三节 热作模具钢 五、热作模具钢的分类
15
第三节 热作模具钢
热作模具钢的分类 1）按用途分：热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸 模用钢、热冲裁模用钢。 2）按性能分：高韧性热作模具钢、高热强性热作 模具钢、高耐磨性热作模具钢。 3）按合金元素分：钨系热作模具钢、铬系热作模 具钢、钨钼系热作模具钢、铬钨钼系热作模具钢。 4）按耐热性分：低耐热高韧性钢（350-370℃）、 中耐热韧性钢（550-600 ℃ ）、高耐热性钢（600700 ℃ ）。
主要为5%铬的铬型热作模具钢。含有较多的Cr、 Mo、W、V等碳化物形成元素，中等耐热性，可 在600-650℃使用。
成分特点：碳含量在0.3％-0.4％之间，合金元素 主要有Cr（5%)、Mo、W、V等碳化物元素。Cr、 Mo 、 Si提高钢的淬透性，V提高抗过热敏感性。
25
第三节 热作模具钢
中耐热韧性钢性能特点： 淬透性高，Φ100mm 工件可空冷淬透（空冷硬
受热时间长，而且受热温度比热锻模高（压铸有色 金属时的温度达400-800℃以上，压铸黑色金属时的 温度可达1000℃ ），同时承受很高的压力，此外还 受到反复加热和冷却的作用以及金属液流的高速冲 刷。
11
第三节 热作模具钢
4、压铸模 （2）失效形式：疲劳开裂（龟裂）、气蚀、冲 蚀磨损。低温合金的压铸以磨损失效为主。 （3）性能要求 ➢较高的耐热性和良好的高温力学性能； ➢优良的耐冷热疲劳性和高的导热性； ➢良好的抗氧化性和耐蚀性； ➢具有较高的淬透性。
5CrMnMo是考虑我国的资源状况，为了节约镍 而研制的，相对来讲，5CrMnMo的韧性、淬透性、 耐热疲劳性均比5CrNiMo差一点，但硬度、耐磨性 高一些，主要用于制造各种类型的中小型锤锻模。
18
第三节 热作模具钢
不同牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点： 2）5Cr2NiMoVSi在5CrNiMo的基础上添加了合金 元素V、Si，适当增加了Cr的含量，与5CrNiMo钢 相比，其高温强度、淬透性及热稳定性温度均得到 了提高。600℃以上高温强度比5CrNiMo高一倍。稳 定性温度提高了150-170℃。500mm×500mm 截面 的锻模，其心部硬度较5CrNiMo高13HRC。主要用 于制造大型重负荷锤锻模和较小压力机锻模。