熱作模具鋼介紹
熱作模具鋼主要用于熱鍛模具、壓鑄模具、熱擠壓模具、超塑成型等溫鍛造模具等。要求熱作模具鋼在工作溫度下具有較高的強韌性、耐磨性、高溫硬度、抗冷熱疲勞性能、抗氧化性和耐蝕性。美國標準中通用型熱作模具鋼主要有4個鋼號，即：L6，H10、H21、H13。 熱作模具鋼是在高溫條件下使用，一般在500-700℃之間工作，而且在壓鑄時與液態金屬相接觸，使用條件比塑料模具和冷作模具更苛刻。近些年來，國外生產模具鋼的主導企業十分重視熱作模具鋼的開發。我國產常用的熱作模具鋼有四個品種，主要是5CrNiMo，5CrMnMo，H13，3Cr2W8V。
1.高淬透性鍛模用鋼 該類鋼一般為中碳（0.3-0.6%）低合金鋼，5CrMnMo、5CrNiMn是通用型的熱鍛模模具用鋼。但由于合金元素含量較低，淬透性較差，熱穩定性也不高，并且鋼中不含V，晶粒容易粗大，模具的使用壽命低。為了適應大截面鍛錘和鍛造壓力機的要求，需要較高淬透性和回火穩定性的鍛模鋼，各國均開發了新鋼種。如前蘇聯的4xM2φЧ、5X2MHV，UDDEHGLMToughteM鋼，日本大同特殊鋼的GF78，三菱制鋼開發的HD14（5CrNiMoV），高周波鋼業公司開發的KTVN（5CrNi3MoV）等。西方國家常用的是55NiCrMoV6。80年代以后，我國研制了類似的鋼號5CrNiMoV鋼，提高了5Cr-Nilllo鋼中的Cr，Ni，Mo的含量，并添加V，顯著提高了鋼的淬透性、淬硬性、高溫強度和抗回火穩定性，400mmx400mm截面可以完全淬透，淬火后表面與心部硬度都保持在56-60HRC，而同一尺寸的5CrNiMo的心部硬度只有32-41HRC：5CrNiMoV鋼的模塊淬火經600℃回火，硬度可以保持在41.5-44HRC，5CrNiMo的淬火模塊，經500℃回火2小時，硬度只有32-35HRC，抗回火穩定性比5Cr-NiMo高100℃，使用壽命顯著高于5CrNiMo.5Cr2NiMoVSi鋼與5CrNiMo相比，由于具有更高的合金元素的含量，因此，具有更高的淬透性，其截面500mmx500mm的模塊可以淬透，并且具有二次硬化效應，熱穩定性比5CrNiMo更高，適合制造大型鍛模。
2.高強韌性熱作模具鋼該類熱作模具鋼的使用量大、面廣，典型的鋼種是美國AISIH13鋼。近些年來，國外主要的模具鋼生產廠開發了大量的新鋼種。如瑞典UDDEHOLM的QR090SUPEREME，HOTVAR，***近又研究了低Si良好熱作模具鋼DIEVAR，提高了高溫強度、回火穩定性和韌性、抗熱裂性等。美國的CARPENTER工藝公司開發了Extendo-Die，提高了H13鋼中的Cr;Mo含量，從而提高了模具的使用壽命。美國的CRUCIBLE公司開發了CRU161，WR95等新鋼種。德國TEW通過調整X40CrMoV51鋼的C，Cr，Mo，V含量，推出了X35CrMoV511。日本的大同特殊鋼公司的DH21等新鋼種。另外，為了提高鋼的紅硬性和回火穩定性，在鋼中增加一定量的Co，如美國的H19，英國的BH10A，日本的MCZ，WDK，大同特殊鋼的DH41DH71，日立金屬的YHD45等。為了滿足高負荷、長壽命的鍛造壓力機用鍛模的要求，發展了沉淀硬化型熱作模具鋼，這類鋼一般含碳量較低（<0.3%），加入一定量的沉淀硬化元素Ni，Mo，Al等。模具熱處理工藝采用淬火和較低溫度回火（<500℃），得到高韌性的板條馬氏體組織，在模具使用過程中，型腔表面與高溫工件接觸而升溫到550℃左右，由于金屬間化合物和碳化物的彌散析出而增加硬度5-8HRC。典型的鋼種如：日立金屬的YHD26，大同特殊鋼的DH67（3Ni3Mo3V）等。
3.高溫熱作模具鋼當工作溫度≥700℃時，一般的模具鋼的強度急劇下降，為了滿足工作溫度≥700℃時的模具要求，國外發展了一些新型的熱作模具材料。對700~800℃的模具，發展了CrMn系和NiCrMn系高溫模具鋼，如日立金屬的5Mn15CrlOV2，大同特殊鋼的5Mn18NNi8Cr，8Mo2V2鋼等。在800℃下抗拉強度可大于600MPa。但該類鋼導熱性較差，熱膨脹系數大，熱疲勞性能差。7Mn15Cr2Al3V2WMo鋼是我國研制的無磁鋼，應用較多，一般固溶溫度為1170~1180℃。固溶處理后的組織為奧氏體和少量的碳化物，固溶處理后硬度為20-22HRC左右。常用的時效溫度一般為650-700℃，時效后的硬度可以達到47HRC左右，可用于高溫熱作模具、磁性材料的壓制成型用模具，具有較高的耐磨性。當工作溫度>800℃時，一般用Fe基或Ni基高溫合金制造。***近由于超塑恒溫成型工藝的發展，有些高溫合金的超塑性的溫度高達1100℃。日立金屬公司開發一種叫"Nimowal"的Ni基合金。
4.馬氏體時效鋼通過馬氏體的強化機制可在750℃的高溫下，保持相當的紅硬性，其特點是在微量的碳加18~25%Ni，在添加AI，Ti，Co，Mo等元素。美國Lokomo公司和CRUCIBLE公司開發的該類鋼與18Ni相近。Thy-r-othrm2799是一種新型的馬氏體時效鋼（Ni12Mo8Co8Ti），具有較高的熱穩定性，BOHLER的W700也屬此類。此外，還有高溫耐蝕模具鋼、如大同特殊鋼開發的DH42，日立金屬開發的YHD45等；粉末冶金耐熱模具鋼，如德國的X40Cr-MoV51，X5NiCrTi2625，美國VASCO的MA等。
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