[科普中國]-熱作模具鋼

性能要求

熱作模具在工作時承受著很大的沖擊力，模腔和高溫金屬接觸，反復地加熱和冷卻，其使用條件極其惡劣。為了滿足熱作模具的使用要求，熱作模具鋼應具備下列基本特性：

(1)較高的高溫強度和良好的韌性。熱作模具，尤其是熱鍛模，工作時承受很大的沖擊力，而且沖擊頻率很高，如果模具沒有高的強度和良好的韌性，就容易開裂。

(2)良好的耐磨性能，由于熱作模具丁作時除受到毛坯變形時產(chǎn)生摩擦磨損之外，還受到高溫氧化腐蝕和氧化鐵屑的研磨，所以需要熱作模具鋼有較高的硬度和抗黏附性。

(3)高的熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性是指鋼材在高溫下可長時間保持其常溫力學性能的能力。熱作模具工作時，接觸的是熾熱的金屬，甚至是液態(tài)金屬，所以模具表面溫度很高，一般為400～700℃。這就要求熱作模具鋼在高溫下不發(fā)生熱化，具有高的熱穩(wěn)定性，否則模具就會發(fā)生塑性變形，造成堆塌而失效。

(4)優(yōu)良的耐熱疲勞性，熱作模具的工作特點是反復受熱受冷，模具一時受熱膨脹，一時又冷卻收縮，形成很大的熱應力，而且這種熱應力是方向相反，交替產(chǎn)生的。在反復熱應力作用下，模具表面會形成網(wǎng)狀裂紋(龜裂)，這種現(xiàn)象稱為熱疲勞，模具因熱疲勞而過早地斷裂，是熱作模具失效的主要原因之一。所以熱作模具鋼必須要有良好的熱疲勞性。

(5)高淬透性。熱作模具一般尺寸比較大，熱鍛模尤其是這樣，為了使整個模具截面的力學性能均勻，這就要求熱作模具鋼有高的淬透性能。

(6)良好的導熱性。為了使模具不致積熱過多，導致力學性能下降，要盡可能降低模面溫度，減小模具內(nèi)部的溫差，這就要求熱作模具鋼要有良好的導熱件能。

(7)良好的成形加工工藝性能，以滿足加工成形的需要。2

成分特點1．含碳量

一般為中碳，碳的質(zhì)量分數(shù)為0.3%～0.6%。保證材料具有較高的強度和硬度，較高的淬透性以及較好的望性、韌性。

2．合金元素

加入的合金元素有Cr、Mn、Si、Ni、W、Mo、V等合金元素。其中Cr、Mn、Si、Ni合金元素的作用是強化鐵素體和提高淬透性。W、Mo合金元素是為了防止回火脆性，Cr、W、Si合金元素能提高相變溫度，使模具在交替受熱與冷卻過程中不致發(fā)生相變而發(fā)生較大的容積變化，從而提高其抗熱疲勞的能力。另外，W、Mo、V等在回火時以碳化物形式析出而產(chǎn)生二次硬化，使熱作模具鋼在較高溫度下仍保持相當高的硬度，這是熱作模具鋼正常工作的重要條件之一，Cr、Si能提高鋼的抗氧化性。3

標準鋼號國家標準GB/T 1299-2000《合金工具鋼》列入了12個熱作模具鋼鋼號。鋼號分三類：

第一類是原有老鋼種，如、、 、 等；

第二類是國內(nèi)研制的新鋼種，如 、 、 、等；

第三類是從國外引進的通用鋼種，如（HIO）、（H11）、（H13）、（W2）等。另外冷作模具用無磁模具鋼（），也常用于制造在700～800℃下使用的熱作模具。1

分類熱作模具鋼的分類方法很多，可以根據(jù)合金元素含量及熱處理后的性能分類，可以按用途分，也可以按合金元素分類。

(1)按用途可分為熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、壓鑄模用鋼，熱沖裁模用鋼。

(2)按耐熱性可分為低耐熱鋼（350～370℃）、中耐熱鋼（550～600℃）、高耐熱鋼。

(3)按特有性能分為高韌性熱作模具鋼、高熱強熱作模具鋼、高耐磨熱作模具鋼。

(4)按合金元素分類可分為低合金熱作模具鋼（鎢系、鉻系和鉬系）、中合金熱作模具鋼和高合金熱作模具鋼（鎢鉬系和鉻鉬系）；或分為鎢系熱模鋼、鉻系熱模鋼及鉻鎢鉬系熱模鋼。鉻鎢系高合金熱作模具鋼的高溫強度及熱穩(wěn)定性不及鎢鉬系，而冷熱疲勞抗力及韌性比鎢鉬系高。2