第四章 熱作模具用鋼

能力目標(biāo)能夠根據(jù)熱作模具的工作條件合理選用熱作模具鋼及制訂熱處理工藝.知識目標(biāo)熱作模具鋼的性能要求及分類熱作模具鋼的熱處理規(guī)范重點(diǎn)熱作模具鋼的分類;熱作模具鋼的熱處理規(guī)范.難點(diǎn)熱作模具鋼的性能;熱作模具鋼的熱處理規(guī)范.4.1熱作模具鋼性能要求熱作模具的工作條件復(fù)雜,應(yīng)具以下基本特性:較高的高溫強(qiáng)度和良好的韌性---沖擊力大,開裂良好的耐磨性能---高硬度\抗黏附,磨擦磨損\高溫氧化腐蝕高的熱穩(wěn)定性---400～700℃,堆塌現(xiàn)象優(yōu)良的耐熱疲勞性---反復(fù)受熱受冷,龜裂現(xiàn)象高淬透性---力學(xué)性能均勻良好的導(dǎo)熱性良好的成形加工工藝性能4.1.1熱作模具鋼的使用性能要求4.1熱作模具鋼性能要求熱作模具的成分與合金調(diào)質(zhì)鋼相似,并含有合金元素:一般含碳量小于0.5%(個別鋼種可達(dá)0.6-0.7%),保證足夠的韌性；Mo、W等元素的加入，可防止回火脆性Cr、

W、Si、Ni元素的加入，可提高高溫強(qiáng)度和熱疲勞抗力W、Mo、V元素的加入，可在回火時產(chǎn)生二次硬化，使高溫下仍保持高硬度4.1.2熱作模具鋼的成分特點(diǎn)4.1熱作模具鋼性能要求4.1.3熱作模具鋼的分類按用途分按性能分按合金元素分鋼號熱鍛模用鋼高韌性熱模鋼低合金熱模鋼5CrNiMo,5CrMnMo,4CrMnSiMoV45Cr2NiMoVSi,JCD,CH95熱擠壓模用鋼高熱強(qiáng)熱模鋼中合金熱模鋼H10,H11,H13,HM1,HM3,RM2,50Nb,HD壓鑄模用鋼高熱強(qiáng)熱模鋼中合金熱模鋼H21,H13,Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG熱沖裁模用鋼高耐磨熱模鋼低合金高碳模具鋼8Cr34.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH95熱鍛模應(yīng)具備的基本性能：淬透性高沖擊韌性好，熱疲勞抗力高導(dǎo)熱性好較高的抗回火穩(wěn)定性及高溫強(qiáng)度較好的抗氧化性能和加工工藝性能4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH951）5CrMnMo鋼：性能特點(diǎn)：性能與5CrNiMo相近，為節(jié)約鎳而以錳代之。與5CrNiMo相比，淬透性、耐熱疲勞性稍差。相當(dāng)于美國鋼VIG（ASM），日本鋼SKT5（JIS）。應(yīng)用場合：適用于制造受力較輕的中小型鍛模。要求韌性較高時，可采用電渣重熔鋼。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH95熱處理工藝：①淬火+高溫回火2次（P165）②高溫淬火、回火工藝：強(qiáng)韌性較好；③等溫淬火：減少開裂，提高模具壽命。1）5CrMnMo鋼：4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH952）5CrNiMo鋼：性能特點(diǎn)：具有十分良好的韌性、淬透性、強(qiáng)度和高耐磨性。室溫力學(xué)與500～600℃時幾乎相同，但二次硬化效應(yīng)微弱，所以熱穩(wěn)定性不高。相當(dāng)于日本鋼GFA（大同）、SKT4（JIS）、美國L6。應(yīng)用場合：多用于制造大、中型鍛模。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH952）5CrNiMo鋼：熱處理工藝：①淬火+回火（P169）②高溫淬火、回火工藝：強(qiáng)韌性較好；③等溫淬火：減少開裂，提高模具壽命。常采用滲錳表面熱處理，進(jìn)一步提高模具壽命（P170例4-4）4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH953）4CrMnSiMoV鋼：性能特點(diǎn)：強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、淬透性均高于5CrNiMo，沖擊韌度與5CrNiMo接近，可用來代替5CrNiMo鋼。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH953）4CrMnSiMoV鋼：熱處理工藝：淬火+高溫回火（P171）。應(yīng)用場合：適于制造中、大型或特大型的錘鍛模和壓力機(jī)鍛模。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH954）45Cr2NiMoVSi鋼：性能特點(diǎn)：與5CrNiMo相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：①淬透性明顯提高；②熱穩(wěn)定性比5CrNiMo高150℃；③具有高的強(qiáng)韌性；④抗熱疲勞和熱磨損性能較高；⑤加工時較5CrNiMo鋼切削略困難些。應(yīng)用場合：適用于制造高強(qiáng)韌性大截面錘鍛模，其模具壽命較目前應(yīng)用的國內(nèi)外錘鍛模鋼種均有明顯提高。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH955）JCD鋼：性能特點(diǎn)：鑄造熱鍛模具鋼，吉林工業(yè)大學(xué)研制。該鋼具有良好的綜合性能，其抗冷熱疲勞性、回火穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性均優(yōu)于5CrMnMo鋼。應(yīng)用場合：適用于熱鍛模具，不用改鍛，材料利用率高。該鋼在文獻(xiàn)上介紹的化學(xué)成分太寬，影響推廣。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.1熱鍛模用鋼(高韌性、低合金)傳統(tǒng)鋼種5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV新型鋼種45Cr2NiMoVSi,JCD,CH956）CH95鋼：性能特點(diǎn)：具有良好熱強(qiáng)性的熱作模具鋼，上海交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院研制。該鋼主要用于精鍛模具。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種(H21),H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD1）（4Cr5MoSiV）H11鋼：性能特點(diǎn)：空冷硬化的熱作模具鋼，在中溫條件下具有很好的韌性，有較好的熱強(qiáng)度、熱疲勞性能和一定的耐磨性，熱處理變形小，可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。相當(dāng)于美國鋼H11，日本鋼SKD6（JIS）4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD1）（4Cr5MoSiV）H11鋼：熱處理工藝：淬火+高溫回火2次+滲氮（P173）。應(yīng)用場合：常用于制造加工鋁鑄件用的壓鑄模、熱擠壓模，穿孔用的工具，芯棒、壓力機(jī)鍛模以及塑料模等，此外由于H11鋼具有良好的中溫強(qiáng)度，變被用于制造耐400～500℃工作溫度的飛機(jī)、火箭等結(jié)構(gòu)件。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD2）（4Cr5MoSiV1）H13鋼：性能特點(diǎn)：引進(jìn)美國鋼種,空冷硬化熱作模具鋼，性能與H11類似，與H11相比具有較高的熱強(qiáng)度和硬度。相當(dāng)于美國鋼H13，日本鋼SKD61（JIS），日本大同DHA1，韓國STD61，奧地利W302，德國德威GSW-2344，瑞典8407。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD2）（4Cr5MoSiV1）H13鋼：熱處理工藝：淬火+高溫回火2次（P177）。硬度47-49HRC?？傻脊矟B，硬度＞900HV。應(yīng)用場合：廣泛用于制造熱擠壓模具、芯棒、鍛模、鍛造壓力機(jī)模具、精鍛機(jī)用模具以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD3）（4Cr3Mo3SiV）H10鋼：性能特點(diǎn)：引進(jìn)美國鋼種,具有非常好的淬透性、很高的韌性，回火抗力及熱穩(wěn)定性高于H13，當(dāng)回火溫度超過260℃時，鋼的硬度高于H13鋼；沖擊韌度及斷裂韌度高于H21，可代替H21鋼。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD熱處理工藝：淬火+高溫回火（P182）。硬度50-55HRC應(yīng)用場合：可以制造熱擠壓模、熱沖模、熱鍛模及塑壓模等模具，主要用于鋁合金壓鑄模。3）（4Cr3Mo3SiV）H10鋼：4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD4）（3Cr3Mo3W2V）HM1鋼：性能特點(diǎn)：新型熱作模具鋼。具有良好的冷熱加工性能，較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性能、良好的耐磨性和耐回火性，并具有一定的耐沖擊性，淬硬性較好，是綜合性能優(yōu)良的高強(qiáng)韌性熱作模具鋼。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD4）（3Cr3Mo3W2V）HM1鋼：熱處理工藝：淬火+高溫回火（P178）。應(yīng)用場合：適合制造鐓鍛、壓力機(jī)鍛造、擠壓等熱作模具，模具使用壽命較高，是目前國內(nèi)研制的工藝性好，使用面廣，具有較廣應(yīng)用前景的新鋼種之一。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD5）（3Cr3Mo3VNb）HM3鋼：性能特點(diǎn)：新型高強(qiáng)韌性熱鍛模具用鋼。具有高的耐回火性、熱強(qiáng)性，有明顯的二次硬化效果。缺點(diǎn)為有脫碳傾向。模具壽命比H21、5CrNiMo及4Cr5W2VSi等模具提高2～10倍。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD熱處理工藝：淬火+高溫回火（P180）。應(yīng)用場合：可有效克服模具因熱磨損、熱疲勞、熱裂等引起的早期失效。應(yīng)用于熱鍛成形凹模、連桿輥鍛模、軸承套圈毛坯熱擠壓凹模、高強(qiáng)鋼精鍛模、小型機(jī)鍛模、鋁合金壓鑄模等模具上，有良好的效果。5）（3Cr3Mo3VNb）HM3鋼：4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD6）50Nb鋼：性能特點(diǎn)：熱擠壓模具鋼，原華中理工大學(xué)等單位研制。它是同類型50Si(5Cr4W3Mo2VSi)的改進(jìn)型，為突出Nb的作用而取名。50Nb鋼具有高淬透性和熱穩(wěn)定性，比H21的性能更優(yōu)良。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD6）（5Cr4W5Mo2V）RM2鋼：性能特點(diǎn)：熱擠壓模具鋼，北京機(jī)電研究所第一汽車制造廠研制。該鋼可代替H21鋼，模具壽命可提高數(shù)倍。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H10,H11,H13新型鋼種5Cr4W5Mo2V（RM2）,5Cr4Mo3SiMnVAl,HM1,HM3,50Nb,HD7）（HD2）HD鋼：性能特點(diǎn)：馬氏體熱作模具鋼，華中理工大學(xué)研制。HD2是HD鋼的改進(jìn)型，在保持HD鋼高強(qiáng)度條件下，進(jìn)一步提高獲得良好的室溫與高溫力學(xué)性能，并具有良好的熱穩(wěn)定性及工藝性能，適用于銅管熱擠壓的穿孔針。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG鋼種特點(diǎn)：壓鑄模可分為鋅合金壓鑄模、鋁合金壓鑄模、銅合金壓鑄模。壓鑄模工作時受熱比熱鍛模高（有色金屬400-800℃，黑色金屬1000℃以上）、高壓力（20-120MPa）、反復(fù)加熱和冷卻，金屬高速沖刷而產(chǎn)生磨損和腐蝕。因此，熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕是壓鑄模常見的失效形式。所以，壓鑄模的性能要求是：較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能，優(yōu)良的耐熱疲勞性，高的導(dǎo)熱性，良好的抗氧化性和耐蝕性，高的淬透性等。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG1）（3Cr2W8V）H21鋼：性能特點(diǎn)：冶煉不當(dāng)易造成脆裂報(bào)廢，有脫碳傾向?；鼗鹂沽^強(qiáng)，是壓鑄模的典型鋼種，在熱擠壓模方面的應(yīng)用逐漸減少，但在壓鑄模方面的應(yīng)用仍較多。相當(dāng)于日本SKD5（JIS）4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.2熱擠壓模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG熱處理工藝：①淬火+高溫回火（P184）。②固熔超細(xì)化處理③等溫淬火工藝應(yīng)用場合：常用于制造銅合金和鋁合金擠壓模、壓鑄模等受沖擊力不太大，而要求有高熱強(qiáng)性的模具。1）（3Cr2W8V）H21鋼：4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG2）（3Cr2W8V）H13鋼：性能特點(diǎn)：具有良好的韌性、耐熱疲勞抗力和抗氧化性，其模具使用壽命高于H21鋼制壓鑄模，且這類鋼的價格較H21鋼便宜，因此在壓鑄模上的使用越來越多。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG3）（4Cr3Mo2MnVNbB）Y4鋼：性能特點(diǎn)：針對銅合金壓鑄模，結(jié)合我國礦產(chǎn)資源情況而設(shè)計(jì)出來的新型熱壓鑄模鋼。Y4在力學(xué)性能上，尤其是冷熱疲勞及裂紋擴(kuò)展速率方面明顯優(yōu)于H21鋼。4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG熱處理工藝：淬火+高溫回火2次（P187）。應(yīng)用場合：是比較理想的銅合金壓鑄模材料，模具使用壽命有較大提高。另外，Y4鋼在熱擠壓模、熱鍛模的應(yīng)用方面也取得了明顯成效。3）（4Cr3Mo2MnVNbB）Y4鋼：4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG4）Y10鋼：性能特點(diǎn)：鋁合金壓鑄模具鋼，上海材料研究所研制。Y10代表壓鑄模具用鋼10號。與H21相比，該鋼具有抗冷熱疲勞性能好，熱處理變形小，抗鋁溶損性能好等優(yōu)點(diǎn)。4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG5）HG761鋼：性能特點(diǎn)：熱作模具用高溫合金，上海鋼鐵研究所等單位研制。該合金在900℃時仍有高的強(qiáng)度和抗磨損能力，適用于鋼鐵壓鑄模、熱擠壓模。4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG6）WCG鋼：性能特點(diǎn)：無磁模具鋼，上海鋼鐵研究所等單位研制，該鋼無磁性，高強(qiáng)度、耐磨性好，適用于磁性元件的粉末壓鑄模具及其他無磁模具。4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)4.2熱作模具鋼及熱處理規(guī)范傳統(tǒng)鋼種H21,H13新型鋼種Y4,Y10,ER8,CG-2,HG761,WCG7）CG-2鋼：性能特點(diǎn)：熱作、冷作兼用模具鋼，上海鋼鐵研究所研制，貴陽鋼廠試生產(chǎn)，該鋼具有良好的強(qiáng)韌性、耐磨性和熱疲勞抗力大等特點(diǎn)，可代替H21鋼。CG-2鋼還可以氮碳共滲處理，以強(qiáng)化其性能，提高模具壽命。常用于小型銅合金壓鑄模。4.2.3壓鑄模用鋼(高熱強(qiáng)熱、中合金)4.2熱作