淺談熱作模具材料

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1、淺談熱作模具材料前言：熱作模具材料主要用于制造高溫狀態(tài)卜?進行壓力加工的模具，如熱鍛模具，熱擠壓模具，壓鑄模具，熱徹模具等。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后，本身溫度常達300?400攝氏度，在時熱時冷的狀態(tài)下，容易使模具表面產(chǎn)生熱疲勞裂紋，另外炙熱金屬被強制變形時，與模具型腔表面摩擦，模具極易磨損并且駛度降低。因此熱作模具材料要求能穩(wěn)定地保持各種力學性能，特別是熱強性，熱疲勞性，韌性和耐磨性。熱作模具的使用性能：熱作模具鋼的使用性能要求，各種熱作模具鋼在工作過程中差異很大，它們的工作溫度、載荷性質T差萬別，而且任何i種模具鋼也不可能同時具冇極高的熱強

2、性、耐磨性、斷裂抗力、抗熱疲勞性能等。在選擇模具鋼時，只能抓住模具最最關鍵的性能要求，進行優(yōu)先保證，其次再兼顧其他各項性能進行選材。熱作模具鋼采用以下技術指標進行評價。①室溫硬度、高溫硬度用以評價耐磨性和變形抗力。②室溫拉伸強度、高溫拉伸強度用以評價靜載斷裂抗力。③室溫沖擊韌性、高溫沖擊韌性用以評價沖擊斷裂抗力。④長期保溫后的硬度變化，用以評價抗回火能力及熱穩(wěn)定性。⑤機械疲勞裂紋擴展速率，可反映熱疲勞裂紋萌生后，在鍛壓力的作用下向內部擴展吋，每一應力循環(huán)的擴展量。機械疲勞裂紋擴展速率小的材料，每鍛壓一次裂紋的擴展量也少，這表明裂紋擴展得很慢。⑥斷裂韌性，反映材料對已存在的裂紋

3、發(fā)生失穩(wěn)擴展的抗力。斷裂韌性高的材料其屮的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴展，必須在裂紋尖端具冇足夠高的應力強度因子，也就是必須有較大的應力或較大的裂紋長度。在應力恒定的前提下，在一種模具屮已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴展得更深才能發(fā)生失穩(wěn)擴展。⑦變形抗力，模具鋼的變形抗力反映了模具的抗堆塌能力。為了保證熱作模具鋼在較高的溫度下工作，應保證模具鋼具備較高的抗回火能力、熱穩(wěn)定性和高溫強度。⑧斷裂抗力，由于熱作模具鋼的斷裂過程是一種疲勞斷裂，因此，熱作模具鋼的斷裂抗力包括萌生疲勞裂紋的抗力、疲勞裂紋亞臨界擴展的抗力和裂紋失穩(wěn)擴展的抗力。萌生疲勞裂紋的抗力與熱疲

4、勞抗力關系密切。疲勞裂紋亞臨界擴展的抗力可采用裂紋擴展速度da/dN9inm/次表示它表示每一次應力循環(huán)，裂紋的擴展長度。裂紋失穩(wěn)擴展的抗力通過材料的斷裂韌性表示。⑨抗熱疲勞能力，可以反映熱疲勞裂紋萌生前的工作壽命?？篃崞谀芰Ω叩牟牧?，萌生熱疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)較多?？篃崞谀芰Q定了在疲勞裂紋萌生前的那部分壽命，可以決定裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴展的那部分壽命?？篃崞谀芰梢杂妹壬鸁崞诹鸭y的循環(huán)數(shù)，或者經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均深度或長度表示。影響抗熱疲勞能力的因素主要有：模具鋼的熱導率、線膨脹系數(shù)、屈服強度、抗高溫氧化能力、硬度、冶金質量、合金元素以及

5、熱處理工藝等。熱作模具鋼應具備高的抗熱疲勞能力、低的裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值，不能僅根拯材料的Ob指標來選擇鋼種和選擇熱處理工藝，以免出現(xiàn)選用熱作模具鋼材謬誤。盡管錘鍛模的加載速度與一次沖擊試驗的加載速度相近，斷裂往往是疲勞裂紋失穩(wěn)擴展所造成。熱作模具的分類錘鍛模用鋼一般說來，錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受沖擊負荷作用.故對鋼的力學性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（v400mm）故対鋼的淬透性耍求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo>5CrMnMo>5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoS

6、iV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的蝕鍛模以5CrNiMo為好.也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對屮小型的錘鍛模通常選用5CrMnM0鋼。熱擠壓模用鋼熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此模腔受熱溫度較高，通常nJ達500一800°Co對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度（即高的回火穩(wěn)定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于70?90num常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等熱作模具鋼.其化學成分如表4.16所示。其中4CrW2Si.既可做冷作模具鋼，又

7、可做熱作模具鋼.山于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時采用較低的淬火溫度（870—900°C）及低溫或中溫回火處理；作熱模時則采用較高的淬火溫度（一般為950—10CMTC）及高溫回火處理。壓鑄模用鋼從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩(wěn)定性耳高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同.如常采用4CrW2Si.和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模.可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對Al和Mg合金壓鑄模