第四部分 热作模具材料及热处理
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（7）抗热磨损与抗氧化性能
抗热磨损是热作模具的重要使用 性能要求，因为绝大多数锤锻模及压力机 模具都因磨损而失效。国内已有单位在自 制的热磨损机上进行热作模具钢的高温度 损试验，收到较好的效果。由于热作模具 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，会发生 氧化，加剧模具工作过程中的磨损，并在 模具表面产生腐蚀沟，成为热疲劳裂纹的 起源。因此要求模具材料具有在工作温度 下的抗氧化性能。
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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 (350一370ºC)、中耐热韧性钢(550一600ºC)、 高耐热钢(600一650ºC)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。
断裂韧度则表征了裂纹纹 失稳扩展的抗力，对热作模具还要求 具有另外一些特殊的性能。
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（4）热稳定性
热稳定性表征钢在受热过 程中保持组织和性能稳定的能力。
通常，钢的热稳定性可用 回火保温4h，硬度降到45HRc时的最高 加热温度表示。对于原始硬度低的材 料，也可用保温2h，使硬度降到 35HRc(一般热作模具堆积塌陷失效的 硬度)的最高加热温度定为该钢的热稳 定性指标。
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bb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精品和课件 组织对性能的影响。
(3)冲击韧度和断裂韧度
冲击韧度是衡量模具材料在 冲击载荷作用下抵抗破断的能力。材 料的冲击韧度(ak)越高，热疲劳强度 也会越高。所以，应采用合理的锻造 及热处理方法和工艺参．防止碳化物 偏析和品粒粗大，减少淬火应力，提 高钢的韧性。
第四部分 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 加热的金属或液态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。模具表面温升 常达300一700ºC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。
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为了满足上述性能，高韧性 热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化 物形成元素，碳的质量分数应控制在 0.3％一0.5％，同时加入少量的Cr、Mo、 V、Ni、Mn、Si等以提高淬透性及热强 性，加入少量的Mo、W有助于消除高温 回火脆性。常用的高韧性热作模具钢有 5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV三种， 试用的有5Cr2NiMoV及45Cr2NiMoVSi等。
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（5）回火稳定性
回火稳定性是指随回火温度的升 高，材料的强度和硬度下降的快慢程度， 也称为抗回大软化能力。通常以钢的“回 火温度—硬度”变化曲线表示。它与热稳 定件共同表征模具在高温下的变形抗力。
（ 6）热疲劳抗力
热疲劳抗力表征了材料热疲劳裂 纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率： 热疲劳通常以20一750ºC条件下反复加热冷 却时所发生裂纹的循环次数或当循环一定 次数后测定的裂纹长度来确定。
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二、热作模具材料的工艺性能要求
模具的加工费用约占普通模具成本的 一半以上，模具材料的工艺性好坏，直接关系到 模具材料的推广和应用。
1锻造工艺性 钢的高温强度越低，伸长率越 大，材料的锻造变形抗力越小，成形工艺性越好。
2淬火工艺性 淬火工艺性好的模具材料容易 保证淬火质量，从而允分发挥材料的性能潜力， 达到设计的使用寿命要求。
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，马氏休中的 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 温硬度将会提高精品课。件
（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b和屈服点s，—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。
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一、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。
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应该指出的是：钢的最 佳淬火温度要通过该钢的“淬火 温度—晶粒度—硬度”关系曲线 来选择；
3切削工艺性 切削加工费用约占模具加工成 本的90％，切削加工的难易程度将直接影响钢种 的推广采用。
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第二节 热作模具材料及热处理
一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理
这类钢主要用于各种尺寸的锤锻模、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。由于在锻造过程中， 模具型腔表面与被加热到很高温度的锻坯接触， 使模具表面常生温到300一400ºC，有时局部可达 500一600ºC。锻模的截面较大而型腔形状复杂， 因此要求钢具有一定的高温强度和良好的冲击韧 度、高的硬度与耐磨件、耐热疲劳性好、淬透性 大，并具有良好的导热性以利于散热，避免型腔 表面温度过高而降低力学性能，此外还应具有良 好的工艺性和抗氧化性。
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(一) 5CrNiMo钢
1．力学性能
5CrNiMo钢是20世纪30年代初应 用至今的传统热锻模具钢，国内应用广泛。 它具有很高的淬透性，如截面300mm 400mm的锻模，自820ºC油淬和560ºC回火后， 截面各处的硬度比表面仅低l0一20HBS。 5CrNiMo钢的塑性、韧性良好，尺寸效应不 敏感。由于碳化物形成元素含量不高，二次 硬化效应弱．故热稳定性较差，热强性不高， 通常在400ºC以下工作可保持较高的强度， 超过400ºC时强度便急剧下降，模具温升到 550ºC时，b与温室比较下降近一半。
（7）抗热磨损与抗氧化性能
抗热磨损是热作模具的重要使用 性能要求，因为绝大多数锤锻模及压力机 模具都因磨损而失效。国内已有单位在自 制的热磨损机上进行热作模具钢的高温度 损试验，收到较好的效果。由于热作模具 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，会发生 氧化，加剧模具工作过程中的磨损，并在 模具表面产生腐蚀沟，成为热疲劳裂纹的 起源。因此要求模具材料具有在工作温度 下的抗氧化性能。
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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 (350一370ºC)、中耐热韧性钢(550一600ºC)、 高耐热钢(600一650ºC)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。
断裂韧度则表征了裂纹纹 失稳扩展的抗力，对热作模具还要求 具有另外一些特殊的性能。
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（4）热稳定性
热稳定性表征钢在受热过 程中保持组织和性能稳定的能力。
通常，钢的热稳定性可用 回火保温4h，硬度降到45HRc时的最高 加热温度表示。对于原始硬度低的材 料，也可用保温2h，使硬度降到 35HRc(一般热作模具堆积塌陷失效的 硬度)的最高加热温度定为该钢的热稳 定性指标。
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bb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精品和课件 组织对性能的影响。
(3)冲击韧度和断裂韧度
冲击韧度是衡量模具材料在 冲击载荷作用下抵抗破断的能力。材 料的冲击韧度(ak)越高，热疲劳强度 也会越高。所以，应采用合理的锻造 及热处理方法和工艺参．防止碳化物 偏析和品粒粗大，减少淬火应力，提 高钢的韧性。
第四部分 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 加热的金属或液态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。模具表面温升 常达300一700ºC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。
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为了满足上述性能，高韧性 热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化 物形成元素，碳的质量分数应控制在 0.3％一0.5％，同时加入少量的Cr、Mo、 V、Ni、Mn、Si等以提高淬透性及热强 性，加入少量的Mo、W有助于消除高温 回火脆性。常用的高韧性热作模具钢有 5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV三种， 试用的有5Cr2NiMoV及45Cr2NiMoVSi等。
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（5）回火稳定性
回火稳定性是指随回火温度的升 高，材料的强度和硬度下降的快慢程度， 也称为抗回大软化能力。通常以钢的“回 火温度—硬度”变化曲线表示。它与热稳 定件共同表征模具在高温下的变形抗力。
（ 6）热疲劳抗力
热疲劳抗力表征了材料热疲劳裂 纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率： 热疲劳通常以20一750ºC条件下反复加热冷 却时所发生裂纹的循环次数或当循环一定 次数后测定的裂纹长度来确定。
精品课件
二、热作模具材料的工艺性能要求
模具的加工费用约占普通模具成本的 一半以上，模具材料的工艺性好坏，直接关系到 模具材料的推广和应用。
1锻造工艺性 钢的高温强度越低，伸长率越 大，材料的锻造变形抗力越小，成形工艺性越好。
2淬火工艺性 淬火工艺性好的模具材料容易 保证淬火质量，从而允分发挥材料的性能潜力， 达到设计的使用寿命要求。
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，马氏休中的 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 温硬度将会提高精品课。件
（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b和屈服点s，—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。
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一、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。
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应该指出的是：钢的最 佳淬火温度要通过该钢的“淬火 温度—晶粒度—硬度”关系曲线 来选择；
3切削工艺性 切削加工费用约占模具加工成 本的90％，切削加工的难易程度将直接影响钢种 的推广采用。
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第二节 热作模具材料及热处理
一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理
这类钢主要用于各种尺寸的锤锻模、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。由于在锻造过程中， 模具型腔表面与被加热到很高温度的锻坯接触， 使模具表面常生温到300一400ºC，有时局部可达 500一600ºC。锻模的截面较大而型腔形状复杂， 因此要求钢具有一定的高温强度和良好的冲击韧 度、高的硬度与耐磨件、耐热疲劳性好、淬透性 大，并具有良好的导热性以利于散热，避免型腔 表面温度过高而降低力学性能，此外还应具有良 好的工艺性和抗氧化性。
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(一) 5CrNiMo钢
1．力学性能
5CrNiMo钢是20世纪30年代初应 用至今的传统热锻模具钢，国内应用广泛。 它具有很高的淬透性，如截面300mm 400mm的锻模，自820ºC油淬和560ºC回火后， 截面各处的硬度比表面仅低l0一20HBS。 5CrNiMo钢的塑性、韧性良好，尺寸效应不 敏感。由于碳化物形成元素含量不高，二次 硬化效应弱．故热稳定性较差，热强性不高， 通常在400ºC以下工作可保持较高的强度， 超过400ºC时强度便急剧下降，模具温升到 550ºC时，b与温室比较下降近一半。