第三章热作模具材料[1]
锻造工艺过程及模具设计第3章锻造的加热
3.6.2 锻件的冷却规范
1．空冷 ：在空气中冷却，速度较快 。
2．坑（箱）冷：锻件锻后放到地坑 或铁箱中封闭冷却，或埋入坑中砂 子、石灰或炉渣内冷却。
3．炉冷：锻件锻后直接装入炉中按 一定的冷却规范缓慢冷却。
3.7 中小钢锻件的热处理
3.7.1 退火 退火是将钢加热到一定的温度，保温
1）反应是可逆反应，向右：氧化反应，向左：
还原反应。 2）加热时，与空气消耗系数有关。
空气消耗系数：又称空气过剩系数，是燃料燃 烧实际供给的空气量与理论计算空气量之比。 3）空气充足时，炉气呈氧化性，空气不足时， 炉 气呈还原性。 4）控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。
炉气和被加热钢材的平衡图如下：
• 电热体材料：铁铬铝合金 镍铬合金 碳化硅元件 二硅化钼
图3.1 电阻炉原理图 1－电热体 2－坯料 3－变压器
●盐浴炉加热原理： 电流通过炉内电极产生
的热量把导电介质——盐熔 融，通过高温介质的对流与 传导将埋入介质中的金属加 热。 ●盐浴炉的分类：按照热源的 位置分外热式和内热式。 ●盐浴炉加热的优点：
、
辐射加热坯料。
燃料来源方便、加热炉修造容易、
加热费低、适应性强。
缺点：：劳动条件差，加热速度慢， 质量低、热效率低。
应用范围：大、中、小型坯料。
2 电加热 利用电能转换热能来加热坯料。
1）电阻加热 电阻加热与火焰加热原理相同，根据
发热元件的不同分为： 电阻炉加热、 盐浴炉加热、接触电
加热
• 电阻炉加热原理：利用电 流通过炉内的电热体产生 的能量，加热炉内的金属 坯料。原理如图3.1。
升温快、加热均匀，可 以实现 金属坯料整体或局 部的无氧化加热。 ●盐浴炉加热的缺点：
浅论热作模具材料
浅论热作模具材料热作模具是制造金属件和塑料件的重要工具，其性能和耐用性取决于材料的选择。
随着工业和制造业的发展，热作模具材料也在不断地演变和改进。
在本文中，我将简要地探讨热作模具材料的分类和性能。
热作模具材料通常分为金属材料和非金属材料。
金属材料包括高速钢、合金钢和硬质合金等。
高速钢是一种高强度、高温强度和高硬度的钢，通常由钢、钨、钒、铬、钴、锰和硅等元素组成。
它在高温和高压下表现出色，并且能够保持较好的切削性能。
合金钢是指将铬、钴、钼、钛等元素加入到普通铁素体钢中形成合金的钢。
它比普通铁素体钢更耐磨、耐腐蚀和抗氧化，并且具有更高的力学强度和韧性。
硬质合金是一种由钨钴钛等金属粉末和碳化物粉末等混合而成的复合材料。
它具有极高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于热作模具和机械切削工具中。
非金属材料主要包括陶瓷材料和石墨材料等。
陶瓷材料通常是由氧化铝、氧化锆、碳化硅等陶瓷粉末加工而成。
它们具有良好的抗高温、抗腐蚀和抗磨损性，并且在高温下表现出色。
但由于其脆性较大，容易发生断裂和破损。
石墨材料是一种由石墨粉末和树脂混合而成的材料。
它具有优良的耐磨性和导热性能，并且能够承受高温。
但由于其密度较低，容易发生变形和磨损。
除了上述材料外，还有一些新型的热作模具材料被研发出来。
例如，生物陶瓷材料是一种由氢氧化铝、磁氧化铁、碳化硅等材料组成的陶瓷。
它具有优良的耐蚀、抗磨损和导热性能，并且在高温下表现出色。
此外，还有一些含铝、含钼和含钨等元素的新型合金材料被广泛应用于热作模具领域。
总的来说，热作模具材料的选择应根据具体的应用要求来进行。
通常情况下，需要考虑材料的力学性能、耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性和加工性能等因素。
在未来，随着科技的不断发展和创新，新型的热作模具材料也将不断被研发出来，以更好地满足工业和制造业的需求。
热作模具材料及热处理
理 b与温室比较下降近一半。
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(一) 5CrNiMo钢
模 2．工艺性能
具 材
5CrNiMo钢的临界点：Ac1为730ºC；Ac3为780ºC； Ms为230ºC。
料 (1)锻造：
及
市场上供应的钢材存在着纤维组织，直径越
热 大，偏析就越严重。锻造时应交替锻粗和拔长，
处 其交替进行的次数应不少于2—3次。锻坯的加热
理 制造形状复杂、冲击载荷较重的大型及特大型锻
模(最小边长＞400mm)。
17
(二)5CrMnMo钢
模
具 1．力学性能
材
考虑到我国的资源情况，为节省镍而研
料 制成的5CrMnMo钢。其强度略高于
及 CrNiMo钢，但用锰代镍降低了其在常温及
热 较高温度下的塑性和韧性，而且5CrMnMo
处 钢的淬透性比5CrNiMo钢的淬透性要低，
9
3.2 热作模具材料及热处理
模
具 一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理
材 料
主要用于锤锻模、平锻机锻模、大型压力机锻模
等，是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的工 具，锻模型腔与炽热的工件表面会产生剧烈摩擦。
及 由于在锻造过程中，模具型腔表面与被加热到很
热 高温度的锻坯接触，使模具表面常生温到300一
(3)淬火；在加热温度为840ºC一860ºC时油淬，冷却至
理 150—180ºC出油并立即回火。为减少变形及开裂，淬火
时可先预冷到740-780ºC左右再入油淬火。
(4)回火：回火工艺如图4—2所示。
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(二)5CrMnMo钢
模
表4-2 5CrMnMo钢的回火工艺
具
材
料
模具材料与热处理考点及题库
第一章模具材料与热处理概述1 ．马氏体的硬度主要决定于其：碳含量。
2 ．钢的淬透性主要决定于其：合金元素含量。
3 ．表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标是：强度。
4 ．钢的硬度主要决定于其化学成分和组织。
在奥氏体、渗碳体、铁素体、珠光体等组织中硬度最大的是：渗碳体。
随着含碳量的增加，钢的硬度、强度和耐磨性提高，塑性、韧性变差。
5 ．疲劳抗力：是反映材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。
6 ．可提高冷作模具钢的抗疲劳性能的因素是: 晶粒细小。
7 ．反映冷作模具材料的断裂抗力常用指标是：抗拉强度。
(P8)8 ．反映模具的脆断抗力常用的指标是：韧性。
(P8)9．【模具失效】是指模具模具丧失正常的使用功能，其生产出的产品已成为废品，模具不能通过一般修复方法（如刃磨、抛磨等）使其重新服役的现象。
10 ．在模具中常遇到的磨损形式有：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损和氧化磨损。
1 1 ．钢的硬度和红硬性取决于钢的化学成分和热处理工艺。
【红硬性】1 2. 模具的主要失效形式有：断裂失效、过量变形失效、表面损伤失效和冷热疲劳失效。
冷热疲劳主要出现于热作模具，在冷作模具上不出现。
其它三种形式在冷、热作模具上均可能出现。
1 3 ．模具材料热处理工艺性主要包括：淬透性；回火稳定性；脱碳倾向；过热敏感性；淬火变形与开裂倾向等。
14 ．模具材料的淬火和回火是保证模具工作零件性能的中心环节。
1 5 ．高碳高合金钢锻造时，锤击操作应掌握“二轻一重”和两均匀的操作要领，以减少内应力。
1 6 ．钢的基体组织中，铁素体耐磨性最差，马氏体耐磨性较好，下贝氏体耐磨性最好。
对于淬火回火钢，一般认为，在含有少量残余奥氏体的回火钢马氏体的基体上均匀分布细小碳化物的组织，其耐磨性为最好。
1 7 ．对于锻后出现明显沿晶链状碳化物的模坯，须正火予以消除后然后再进行球化退火。
18 ．热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀是压铸模常见的失效形式。
19 ．在磨料磨损的条件下，影响耐磨性的主要因素有硬度和组织。
模具材料及表面处理课后习题部分答案
1、模具及模具材料一般可以分哪几类答：按照模具的工作条件分三类：冷作模具、热作模具、成形模具模具材料分类：（1）模具钢：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢（2）其他模具材料：铸铁、非铁金属及其合金、硬质合金、钢结硬质合金、非金属材料2、评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标有哪些这些指标能否用于评价热作模具材料的塑性变形抗力为什么答：评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是常温下的屈服点σs或屈服强度σ；不能评价；因为评价热作模具材料塑性变形抗力的指标应为高温屈服点或高温屈服强度，热作模具的加工对象是高温软化状态的材料，所受的工作应力要比冷作模具小得多。
3、反映冷作模具材料断裂抗力的指标有哪些答：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等；4、磨损类型主要有哪些答：磨料磨损、粘着磨损、氧化磨损、疲劳磨损；5、模具失效有哪几种形式模具失效分析的意义是什么答：失效形式：断裂、过量变形、表面损伤、冷热疲劳；失效分析意义：模具的失效分析是对已经失效的模具进行失效过程的分析，以探索并解释模具的失效原因，其分析结果可以为正确选择模具材料、合理制定模具制造工艺、优化模具结构设计以及模具新材料的研制和新工艺的开发等提供有指导意义的数据，并且可预测模具在特定使用条件下的寿命。
第二章冷作模具材料6、冷作模具钢应具备哪些使用性能和工艺性能答：（1）使用性能：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗咬合能力；（2）工艺性能：可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性；热处理工艺性包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向、过热敏感性、淬火变形与开裂倾向等。
7、比较低淬透性冷作模具钢与低变形冷作模具钢在性能、应用上的区别。
答：低淬透性冷作模具钢：（1）碳素工具钢：性能：锻造工艺性好，易退火软化，热处理后有较高的硬度和耐磨性。
缺点：淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄；应用：适宜制造尺寸较小，形状简单，受载较轻，生产批量不大的冷作模具。
第三章热作模具材料
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热处理 目的： 赋予材料所应当具有的使用性能，包括下述内容： 淬火（加热(jiā rè)规范、淬火温度、方法、介质等） 加热(jiā rè)规范包括加热(jiā rè)方法、加热(jiā rè) 温度、加热(jiā rè)速度、保护措施等 回火（回火的温度、方法、介质等）。
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2）5CrMnMo 具有与5CrNiMo类似的性能，总体比5CrNiMo略差， 具有良好的中、低温(dīwēn)性能，主要表现在： 冲击韧性稍差； 淬透性稍差； 在高温条件下的耐疲劳性能略差； 热处理过热倾向性提高。
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3）4CrMnSiMoV（性能接近中耐热钢） 较高的高温(gāowēn)强度和韧性； 高耐磨性能； 高耐疲劳性能； 淬透性很好； 冷热加工性能良好； 各种性能均优于5CrNiMo。
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热作模具钢的热处理
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其他类型热锻模的材料选用(xuǎnyòng)举例及其硬度要求
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三、热挤压模具用钢及热处理 热挤压是将炽热的金属加工成工件，在此过程中，模具要承受哪 些负荷、如何失效？ 1、工作条件 巨大的压应力 拉应力 一定的冲击负荷（比锤锻模小得多） 温升高（与坯料接触时间更长） 急冷急热产生的温度(wēndù)应力 摩擦大 弯曲
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锤锻模(duàn mó)硬度不宜太高，否则材料韧性就会 下降，在使用过程中很容易出现开裂。也不宜太低， 太低模具型腔容易被压坏且磨损加剧。材料硬度一般 随着回火温度的升高而降低，而冲击韧性则恰好相反。 因此在选择时要注意二者的平衡。 5CrMnMo： 回火温度 模具型腔：460-480℃， 硬度：42-47HRC 燕尾： 600-620℃ 硬度：35-39HRC
热作模具钢概述
热作模具钢概述一、损伤形式热加工的目的是通过升高加工对象的温度来提高应变能，使其容易变形。
即热加工是利用高温时呈现熔融状态或软化状态，以及低温时又表现为高强度或高硬度状态的金属晶体结构的变化，也就是利用相变特性进行加工的方法。
这些用于热加工的模具材料称为热作模具材料或简称为热作模具钢。
热加工可大致分为压铸、热锻及热挤压，其相应损伤形式如图4-16所示。
压铸时，由于模具表面与铝或镁等金属液反复接触，即经过反复受热和冷却而产生热龟裂，而且还会以此为起点造成开裂。
作为压铸对象的金属熔液发生的熔蚀是压铸模所特有的损伤形式。
图4-16 热作模具的损伤形式热锻模在使用时，加工对象的加热温度高达1200℃左右，因此除了热龟裂之外，高温磨损也比较严重。
另外，多用于铝制品成形的热挤压模，其主要损伤形式是由于与成形坯料接触而产生的滑动磨损和变形。
1.热龟裂（Heat Checking）热龟裂是热作模具表面经反复加热和冷却所导致的热疲劳现象之一，是产生于热作模具表面的龟甲状裂纹，如图4-17所示。
热龟裂的形成机理如图4-18所示。
当金属熔液接触模具时，模具表面部分受热膨胀，同时因来自模具内部的束缚而形成压缩应力。
当该压缩应力超过高温屈服强度时便发生塑性变形，变形部分冷却后则产生拉伸应力。
这仅是一个循环周期，经过反复加热、冷却，便会产生疲劳现象，最终导致龟裂发生。
一个循环周期当中的作用力可以表示为图4-17 热龟裂实例式中σ——作用力；E——弹性模量；α——热膨胀系数；ΔT——温度梯度；μ——泊松比。
图4-18 热龟裂的形成机理（概念图）由于热作模具钢的弹性模量及热膨胀系数几乎相同，因此应通过缩小温度梯度或提高热强度（屈服应力）使其不易产生屈服来减小塑性变形。
此外，由于材料的显微偏析（组织不均匀）助长了初期裂纹的发展，所以无偏析的均质材料较为理想。
有关热作模具钢的热龟裂性还有一些共同研究结果，也欢迎参考[19]。
2.开裂（Crack）引起开裂的原因有多种，比如由热龟裂为起点扩展所致，在冲击载荷作用下因应力集中引起的开裂，由交变应力造成的疲劳等。
热作模具材料及热处理热作模具材料及热处理
热作模具材料及热处理热作模具材料及热处理●热作模具主要用于高温条件下的金属成形，使加热的金属或金属获得所需要的形状。
●按用途可分为热锻模、热镦模、热挤压模、压铸模和高速成形模具等。
●通常在反复受热和冷却的条件下工作，变形加.上的时间越长，受热就越严重。
模具面温升常达300—700°C之间，要求有较高的热强性、热疲劳性和韧性，常选用中碳(wc=0.3%一0.6%)合金钢来制作。
第一节热作模具材料的主要性能要求●工作特点:热作模具是在机械载荷和温度均发生循环变化情况下工作的。
●热作模具材料分类:按照工作温度和失效形式不同，可将热作模具材料分为低耐热高韧性钢(350一370°C)、中耐热韧性钢(550—600°C)、高耐热钢(600—650°C)等。
有特殊要求的热作模具也可以采用奥氏体型耐热钢、高温合金或硬质合金，甚至是难熔合金来制造。
热作模具材料的使用性能要求●评价热作模具钢的性能指标:室温和高温使用条件下的硬度!强度!韧度等。
●热作模具材料使用时一般有七个方面的性能要求。
(1)硬度热作模具钢的硬度为40—52HRC。
通常模具钢的硬度取决于马氏体中的碳含量、钢的奥氏体化温度和保温时间。
应该指出的是:钢的最佳淬火温度要通过该钢的“淬火温度一晶粒度一硬度”关系曲线来选择。
马氏体中的二次硬化则与钢的合金化程度有关系，随着回火温度的升高，马氏体中的碳含量虽然降低，但如果特殊碳化物呈弥散析出并促使残余奥氏体转变成马氏体，则模具钢的高温硬度将会提高。
(2)强度强度是模具整个截面或某个部位在服役时抵抗静载断裂的抗力。
在压缩条件下工作的模具，可测试其抗压强度。
用拉伸试验测定一定温度下的抗拉强度σb,和屈服点σs,一般模具不允许发生永久的塑性变形，所以要求具有高的屈服强度。
而当模具钢的塑性较差时，一般不用抗拉强度而用抗弯强度σbb作为力学指标，抗弯试验产生的应力状态与许多模具工作表面所处的应力状态极其相似，能精确地反映构料的成分和组织对性能的影响。
冷作模具钢和热作模具钢
冷作模具钢和热作模具钢冷作模具钢和热作模具钢是常见的两种模具钢材料，它们在模具制造和使用过程中具有不同的特点和应用领域。
本文将详细介绍冷作模具钢和热作模具钢的特点、性能以及应用方面的差异。
一、冷作模具钢1. 特点：冷作模具钢主要用于制造在室温下工作的模具，具有以下特点：- 冷硬性好：冷作模具钢经过冷处理后，具有良好的硬度和耐磨性，能够在较大的应力下工作。
- 优异的加工性能：冷作模具钢具有较好的加工性能，可以进行切削、钻孔、铣削等加工操作。
- 耐腐蚀性：冷作模具钢在常温下具有较好的耐腐蚀性能，不易受到氧化和腐蚀的影响。
- 适用范围广：冷作模具钢适用于制造各种冲压模具、剪切模具、切割刀具等。
2. 性能：冷作模具钢的性能主要取决于其合金化元素和热处理工艺。
一般来说，冷作模具钢具有以下性能：- 高硬度：常见的冷作模具钢具有较高的硬度，一般在50~62 HRC 之间，能够满足模具在工作时对硬度的要求。
- 良好的耐磨性：冷作模具钢经过冷处理后，具有良好的耐磨性能，能够在长时间的使用中保持较低的磨损率。
- 优异的韧性：冷作模具钢在冷处理后保持一定的韧性，能够在受到冲击或振动时不易断裂。
- 较好的切削性能：冷作模具钢具有较好的切削性能，能够在切削过程中减小刀具的磨损。
3. 应用：冷作模具钢广泛应用于各种模具制造和加工领域，其主要应用包括：- 冲压模具：冷作模具钢制成的冲压模具能够在冷压过程中保持较高的硬度和耐磨性，具有较长的使用寿命。
- 塑料模具：冷作模具钢制成的塑料模具具有较好的切削性能，能够在制造塑料制品时保持较高的精度和表面光洁度。
- 剪切刀具：冷作模具钢制成的剪切刀具能够在剪切过程中保持较好的耐磨性和稳定性，具有较长的使用寿命。
二、热作模具钢1. 特点：热作模具钢主要用于制造在高温下工作的模具，具有以下特点：- 耐高温性：热作模具钢具有较高的耐高温性能，能够在高温环境下工作而不失去硬度和耐磨性。
- 较好的塑性：热作模具钢具有较好的塑性，能够在高温下承受较大的应力而不易产生塑性变形。
热作模具钢的选材及热处理工艺PPT优秀课件
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表1 常用热作模具钢的钢号和化学成分
钢号
化学成分/%
C
Si
Mn Cr
Mo V
锤锻模具用钢 5CrMnMo 5CrNiMo 4CrMnSiMoV 5Cr2NiMoVSi
0.5/0.6 0.5/0.6 0.35/0.45 0.46/0.53
0.33/0.43 0.32/0.45 0.32/0.42
0.8/1.2 0.8/1.2 0.8/1.2
0.2/0.5 0.2/0.5 ≤0.4
4.75/5.5 4.75/5.5 4.5/5.5
1.1/1.6 1.1/1.75 -
0.3/0.6 0.8/1.2 0.6/1.0
其它
Ni1.4/1.8 Ni0.8/1.2
W1.6/2.4
钨钼热作模具钢 3Cr2W8V 3Cr3Mo3W2V 5Cr4W5Mo2V
0.3~0.4 0.32~0.42 0.4~0.5
≤0.4 0.6~0.9 ≤0.4
≤0.4 ≤0.65 ≤0.4
2.2~2.7 2.8~3.3 3.4~4.4
2.5~3.0 1.5~2.1
0.2~0.5 0.8~1.2 0.7~1.1
（1）加工性 热作模具材料的加工性主要包括冷加工中的切削加工性能和热加工中
的锻压加工性能两种。它主要取决于钢的化学成分和热处理工艺等。 （2）淬透性和淬硬性
热作模具对这两种性能要求根据其工作条件不同有所侧重。对于小型 模具，由于尺寸小，容易淬透，所以只要求高的硬度，偏重于高淬硬性;对 于尺寸较大的模具，如果截面未淬透，则回火后未淬透部分的屈服点和韧 性会显著降低，影响模具工作寿命，所以其淬透性更为重要。 （3）热处理变形性
项目十一热作模具材料 模具材料与热处理课件
试验结果和使用实践表明，这种钢的耐回火性、抗磨损性 能均优于3Cr2W8V钢，热疲劳抗力比3Cr2W8V钢高得 多。
由于3Cr2W8V钢在淬火加热中脱碳和变形倾向较小， 目前钢厂生产量仍然较大，热处理设备及工艺比较稳 定，耐热性较高，该钢广泛应用于压力机锻模、热挤 压模、压铸模等方面。对于3Cr2W8V钢，提高使用 寿命的关键是采用热处理新工艺提高其强韧性。目前 采用高温淬火工艺、控制淬硬层淬火工艺、贝氏体等 温淬火工艺等，这些工艺方法的实施，使用 3Cr2W8V钢制造的模具的使用寿命延长好几倍。
高合金热作模具钢的最终热处理仍然是淬火+中（高）温 回火，其淬火工艺参数和回火工艺参数都根据模具的工 作条件、结构形状、失效形式对性能的要求来确定。
➢ 几种新型的热作模具钢简介
4Cr3Mo3W4VNb(GR)钢 该钢是在钨钼系热作模具 钢中，加入少量铌而获得高回火抗力和高的热强性。 其耐热疲劳抗力、热稳定性、耐磨性及高温强度明 显高于3Cr2W8V钢。
当中合金热作模具钢用来制作压铸模时进行正常的淬火+ 中温回火。
➢ 高合金热作模具钢及热处理
高合金热作模具钢的含碳量不高，但合金元素含量高。这 类刚有高的耐热性，及高的高温强度和高温硬度，可以 在600~700℃高温下工作，同时具有高的耐磨性，淬透 性好，有强烈的二次硬化效果，好的回火抗力，较高的 热疲劳性和断裂韧性。高合金热作模具钢的塑性韧性、 和抗冷疲劳性低于中合金热作模具钢。这类钢主要有： 5Cr4Mo3SiMnVAl钢、5Cr4W5Mo2V钢、3Cr2W8V钢、 3Cr3Mo3W2V钢、等。
热作模具钢的材料
热作模具钢的材料
热作模具钢是一种在高温环境下使用的模具钢材料，具有良好的耐热性、抗热疲劳性和耐磨性。
它通常用于制造高温工作条件下的塑料模具、压铸模具、锻模和热剪模等。
热作模具钢的材料通常包括以下几个方面的内容：
1. 高温合金钢：高温合金钢是一种具有较高耐热性和抗热疲劳性能的模具钢材料。
它通常含有较高比例的合金元素，如钼、钴、镍、铬等，以提高其耐热性和耐磨性。
高温合金钢常用的牌号有H11、H13、H21等。
2. 高速钢：高速钢是一种具有良好耐磨性和高韧性的模具钢材料。
它通常含有较高比例的碳、钼、钴、钨等元素，以提高其硬度和耐磨性。
高速钢常用的牌号有M2、M35、M42等。
3. 耐热钢：耐热钢是一种具有较高耐热性和抗热疲劳性能的模具钢材料。
它通常含有较高比例的铬、钼、钴、镍等元素，以提高其耐热性和耐磨性。
耐热钢常用的牌号有P20、P21、P80等。
4. 不锈钢：不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性和抗氧化性的模具钢材料。
它通常含有较高比例的铬、镍、钼等元素，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。
不锈钢常用的牌号有SUS420、SUS440C等。
5. 特殊合金钢：特殊合金钢是一种具有特殊性能和用途的模具钢材料。
它通常含有特殊的合金元素，如钛、锆、钽等，以满足特殊的工作条件和要求。
特殊合金钢常用的牌号有Hastelloy、Inconel等。
浅论热作模具材料
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3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。
2.热处理的主要目的:改变钢的性能。
一、热作模具工作条件、失效形式及性能要求1、热作模具分类☆热作模具：用于热变形加工和压力铸造的模具。
☆分类：根据工作条件，分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。
热作模具在工作中既有力的作用又有温度的作用，模具的工作条件差、失效形式复杂，性能要求高.2、热锻模--包括锤锻模、压力机锻模、热镦模和高速锻模等。
其中锤锻模最有代表性。
1）工作条件及主要失效形式工作时受很大的压应力和冲击载荷的作用，冲击频率很高；模具型腔表面和炽热金属接触，使模具升温到300-400℃，局部温度达到500-600℃；工作时，锻完一个零件后，用水或油冷却模具，产生急冷急热作用；坯料对模具型腔有强烈的摩擦作用。
☆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；塑性变形造成型腔面塌陷。
2）主要性能要求：(1)较高强度和良好的韧性；(2)良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；(3)模具尺寸较大时，应具有高的淬透性3、热挤压模1）工作条件及主要失效形式：■受力复杂：承受压应力和弯曲应力，脱模时有拉应力；有冲击载荷作用；■模具温升较高，承受急冷急热的热疲劳作用。
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白点 白点实质上是一种裂纹。 奥氏体温度较低时，H元素在奥氏体中的溶解度急剧 下降，当温度下降速度很快时，H元素就来不及扩散 到钢的表面逸出，于是就聚集在钢材内部有缺陷的 位，并由原子态变为分子态，H分子在这些部位产生 很大的压力，当压力超过了强度极限（抗拉）时就 在该处形成裂纹，即所谓的白点。
第三章热作模具材料[1]
通过上面的分析我们知道，燕尾的硬度要低于型腔 硬度，具体怎样实现这一要求？ 燕尾可采用单独回火或者自行回火的方法进行处理 ➢单独加热回火就是先将模具型腔进行回火，然后再 用电炉或者盐浴炉对燕尾部分单独加热回火。 ➢在淬火过程中，将淬入油中的模具燕尾部分提出油 面停留一段时间，依靠其自身的热量使燕尾温度升 如此反复3-5次即可，即自行回火。
第三章热作模具材料[1]
2）被加工材料与负荷 有色金属（受热小、温度低、磨损和热疲劳） 黑色金属（受热多、温度高、模具材料易软化、磨 损和热疲劳） 3）润滑以及冷却条件与负荷 ❖润滑的目的是为了减小材料与模具表面的摩擦； ❖冷却则是为了缩短生产循环时间，但模具温度波动 较大，容易造成冷热疲劳。
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
锤锻模硬度不宜太高，否则材料韧性就会下降，在 用过程中很容易出现开裂。也不宜太低，太低模具 腔容易被压坏且磨损加剧。材料硬度一般随着回火 度的升高而降低，而冲击韧性则恰好相反。因此在 择时要注意二者的平衡。 5CrMnMo： 回火温度 模具型腔：460-480℃， 硬度：42-47HRC 燕尾： 600-620℃ 硬度：35-39HRC
第三章热作模具材料[1]
1、锤锻模的工作条件
模具在工作时受到的主要负荷为冲击负荷，此外还会受 到较大压应力和拉应力的作用。成型过程在高温下进行 模具型腔温度因与坯料接触而快速升高，一般模具温度 可升高300-400℃，局部升高500-600℃，温度波动大约 200℃。模具温度升高速度很快，取出锻件后必须用水 油或者压缩空气对模具进行冷却，使工件和模具迅速冷 却，以进行下个工作循环。在这个过程中，温度变化会 造成模具上应力出现变化。此外，由于成型过程中材料 转移，坯料与模具表面之间存在强烈摩擦。
3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、 4Cr3Mo3SiV、5Cr4W5Mo2
压铸模 高热强 用钢 热模钢
中耐热模具钢 高耐热模具钢
4Cr5MoSiV1、 4Cr5W2VSi 3Cr2W8V、 3Cr3Mo3W2V
热冲裁 高耐磨 模用钢 热模钢
低耐热模具钢 8Cr3、7Cr3
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
热作模具钢的热处理
第三章热作模具材料[1]
其他类型热锻模的材料选用举例及其硬度要求
第三章热作模具材料[1]
三、热挤压模具用钢及热处理
热挤压是将炽热的金属加工成工件，在此过程中，模具要承 受哪些负荷、如何失效？
1、工作条件
✓巨大的压应力
✓拉应力
✓一定的冲击负荷（比锤锻模小得多）
第三章热作模具材料[1]
2、工作条件 1）设备与负荷 使用主要设备：热模锻压力机、锻锤和压铸机等。 ❖使用热模锻压力机，模具与被加工材料接触时间 较长，模具温度升高较大，但冲击负荷比较小。
❖使用锻锤，模具与被加工材料接触时间短，模具 温度升高较小，但冲击负荷比较大。
❖使用压铸机：模具与被加工材料接触时间长，模 具温度很高，此外模具表面受到高压、冲刷。
二、热模锻模具用钢及其热处理
❖热模锻模具在高温条件下，通过冲击力或压力使炙热 金属发生塑性变形而成型。
➢热模锻模具包括锤锻模、热模锻压力机锻模、热镦模 精锻模和高速锤锻模等。 ➢热锻模在工作时受到冲击力或压力作用，据此可以将 锻模分为2大类：以受冲击力为主的模具和以受压力为 的模具。
➢第2类模具工作情况与热挤压类似，选材参考热挤压。 在此主要讨论以受冲击为主的模具材料，即锤锻模材料
3、对热作模具材料的要求
✓良好的韧性
✓良好的耐磨性和较高的硬度——摩擦、氧化、腐蚀、氧化皮等 素均可造成模具发生严重磨损 ✓较高的热稳定性、较高的高温强度——高温下仍保持常温力 性能，否则会发生软化——塑性变形——塌陷 ✓良好的耐冷热疲劳性能——断裂（龟裂） ✓良好的导热性——维持正常工作循环，排出热量 ✓高淬透性——各处力学性能比较均匀、承受较大负荷 ✓良好的工艺性——加工方法和成本
2、失效形式 ➢塑性变形（型面坍塌etc），原因是强度不足 ➢断裂 ✓脆断----主要是存在弯曲力、拉力 ✓龟裂----主要是冷热疲劳 ✓开裂----韧性不足的表现 ➢磨损 存在磨料、粘着、氧化和疲劳等几种
第三章热作模具材料[1]
3、对材料的性能要求 ✓良好的高温强度； ✓较高的硬度和耐磨性； ✓一定的韧性（要求比锻模低）； ✓较高的冷热疲劳抗力； ✓较高的抗氧化能力； ✓高淬透性； ✓优良的加工工艺性。
第三章热作模具材料[1]
热处理 目的： 赋予材料所应当具有的使用性能，包括下述内容： ➢淬火（加热规范、淬火温度、方法、介质等） 加热规范包括加热方法、加热温度、加热速度、保 措施等 ➢回火（回火的温度、方法、介质等）。
第三章热作模具材料[1]
淬火 加热过程中采取适当的保护措施，避免工件表面出现脱 和氧化。比如在盐浴炉、箱式炉或者真空炉内将工件加 热，此外还可对工件表面进行保护，比如涂上保护剂等 淬火温度：830-850℃（5CrMnMo）
✓温升高（与坯料接触时间更长）
✓急冷急热产生的温度应力
✓摩擦大
✓弯曲
第三章热作模具材料[1]
影响温升因素
➢被挤压材料（温度）
✓铝合金
450-480℃
✓Cu、Ti合金 650-800℃
✓钢材
1100-1250℃
✓不锈钢
更高
➢工艺
反挤压、复合挤压温度升高比正挤压高。
➢毛坯尺寸
尺寸大，则温升高。 第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
§3-2 热作模具钢及热处理
为了便于对模具材料进行系统分析，先对热作模 具材料进行分类。从实际生产中来看，绝大部分 的热作模具材料是热作模具钢，首先来看一下模 具钢的分类，其他热作模具材料后面再讲。
一、热作模具钢的分类 根据不同的标准有以下几种分类方法： 1、按照工艺用途来分： 热模锻模具钢、热挤压模具钢、压铸模具钢、热 冲裁模具。
第三章热作模具材料[1]
6、锤锻模材料的选用 以中、低耐热钢为主 中小型模具（<3t）：5CrMnMo、5CrNiMo 大型模具（>3t）：5CrNiMo、4CrMnSiMoV 大型重载：5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi
具体见表
第三章热作模具材料[1]
锤锻模材料选用举例及硬度要求
第三章热作模具材料[1]
成份特点
✓热作模具材料具有较高的韧性，因此含C量稍低 含C量一般在0,4-0,6％之间。含C量减少，可提高 韧性，但同时硬度会降低。
✓含有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、W、V等合金元素。 这些元素可以明显提高淬透性、热硬性、高温强 度、热疲劳抗力等。
✓比如：Cr元素可以提高材料的淬透性、耐磨性以 及材料的抗氧化能力。W和Mo元素可提高材料的 高温强度和热疲劳抗力。具体内容可参考冷作模 具材料
第三章 热作模具材料
第三章热作模具材料[1]
Байду номын сангаас
§3-1 对热作模具材料性能要求及成份特点 热作模具是将加热的(高于再结晶温度)或高温液态的 金属进行热变形加工和压力铸造成型的模具。 热作模具种类较多，每类模具工作状态不完全相同， 分析对材料性能的要求，必须首先了解模具的工作条 件。
1、分类 1）热分离模具（热切边模、热冲裁模等） 2）热变形模具（热锻模、热挤压模） 3）压铸模（有色金属、黑色金属）
第三章热作模具材料[1]
2、失效形式
✓磨损（粘着、氧化和磨料磨损）
✓塑性变形（塌陷）
✓断裂（脆断、崩裂、燕尾开裂、表面龟裂）
3、对锤锻模材料的主要性能要求
✓高温强度
✓冲击韧性
✓耐磨性、硬度
✓冷热疲劳性能
✓导热性
✓淬透性
✓抗氧化性
✓工艺性能
第三章热作模具材料[1]
4、锤锻模材料主要钢种 可供选择的锤锻模材料不是太多，主要有 ❖5CrMnMo ❖5CrNiMo ❖4CrMnSiMoV ❖4Cr5MoSiV ❖4Cr5MoSiV1 ❖5Cr2NiMoVSi ❖45Cr2NiMoVSi（2713）
第三章热作模具材料[1]
4、典型钢种的性能特点 可供选择的热挤压用模具材料种类比较多，主要有 系、W系、Cr-Mo系、W-Mo系等，具体可以参考有 关书籍。在实际生产中真正能够良好使用的材料并 是很多，下面就介绍常用的几种材料。 1）4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1 这2种材料基本上可以划归中耐热钢，即中温性能比 较好，具体有：
第三章热作模具材料[1]
7、模具材料的锻造和热处理 模具的制造过程 1）制造工艺路线 下料---锻造---退火---机械粗加工---探伤---精加工或 成型加工---淬、回火---钳修---抛光---装配
第三章热作模具材料[1]
2）5CrNiMo和5CrMnMo的锻造和热处理规范 锻造 坯料存在成分偏析、组织偏析、C化物分布不均、大小 状不符合要求，此外晶粒较粗大，内部有很多缺陷等。 规范： 加热温度：1100-1150℃ 始锻温度：1100-1050℃ 终锻温度： 850-800℃ 锻后冷却：先缓冷至150-200℃，后空冷。（防止白点
第三章热作模具材料[1]
5、典型钢种的性能特点： 1）5CrNiMo 5CrNiMo是应用最为广泛的热作模具材料之一，特点： ➢良好的韧性和强度 ➢高耐磨性和一定的硬度 ➢良好的高温性能（在500-600℃温度下使用，性能和常 温下没有大变化）(即中、高温性能较好) ➢淬透性很好（300-400mm可以淬透） ➢冷热加工性能很好 ➢缺点是锻造之后容易出现白点