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第 4 章 热作模具材料. 1 . 良好的耐磨性 2 . 高的热稳定性和较 高的高温强度 3 . 良好的韧性 4 . 良好的耐热疲劳性 5 . 良好的导热性. 工艺性能要求. 热作模具是指在高温下完成对金属或非金属材进行塑性变形加工的工具 —— 因在冷态下无法完成加工。 热作模具可分为：热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。 4.1 热作模具材料的性能要求 4.1.1 热作模具材料的性能要求. 1. 可锻性 2. 可切削性 3. 可磨削性 4. 热处理工艺性. 使用性能要求.
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第4章 热作模具材料 1.良好的耐磨性2.高的热稳定性和较 高的高温强度3.良好的韧性4.良好的耐热疲劳性5.良好的导热性 工艺性能要求 热作模具是指在高温下完成对金属或非金属材进行塑性变形加工的工具——因在冷态下无法完成加工。 热作模具可分为：热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。 4.1热作模具材料的性能要求 4.1.1热作模具材料的性能要求 1.可锻性 2.可切削性 3.可磨削性 4.热处理工艺性 使用性能要求 热作模具钢的碳质量分数一般小于0.5﹪，常加入的合金元素有：Cr、Mn、W、Mo、V、Si、Ni、Nb、Al等。
4.2热作模具材料 4.2.1低耐热热作模具钢 低耐热热作模具钢所能承受的工作温度较低，一般为350～500℃，且多为低合金钢，主要用于热锤锻模和热冲裁模。 一、5CrNiMo钢 5CrNiMo钢具有高的韧性、耐磨性和淬透性，具有良好的高温强度。 1.5CrNiMo钢的力学性能 淬火、回火温度对硬度的影响（HRC）
4.2热作模具材料 1.5CrNiMo钢的力学性能 淬火、回火温度对冲击韧度的影响（J/cm2） 从表中可以看出，5CrNiMo钢的硬度随着淬火温度的升高而增加，但增幅不大；冲击韧度随着淬火温度的升高而下降。 5CrNiMo钢的强度、硬度随着回火温度的升高而下降，塑性、冲击韧度随着回火温度的升高而增加。 5CrNiMo钢在400℃以下工作可保持较高强度，在高于400 ℃工作时强度急剧下降，温度升至500℃时，抗拉强度只有室温时的一半。
4.2热作模具材料 2.5CrNiMo钢的工艺性能 （1）锻造性能：5CrNiMo钢的锻造性较好。锻造工艺一般为：加热温度1100～1150℃，始锻温度1050～1110℃，终锻温度≥800℃，锻后缓冷（砂冷或坑冷）至150～200℃再空冷，以防止产生白点。 （2）预备热处理：锻后锻件内部存在较大的内应力和组织不均匀性，必须进行退火处理。 可采用普通退火（又称不完全退火）或等温退火。 其等温退火工艺为：加热温度760～780℃，保温2～4h，等温温度680℃，等温时间4～6h，以≤30℃/ h的速度炉冷至500 ℃再空冷。退火后的组织为珠光体+铁素体，退火后的硬度为197～241HBS，切削加工性较好。
4.2热作模具材料 2.5CrNiMo钢的工艺性能
4.2热作模具材料 （3）淬火工艺：淬火加热时应分段预热，预热温度为 600～650℃。该钢的常规淬火温度为830～860 ℃。 为减少淬火变形，淬火冷却方法有： ①油冷：先预冷至750～780℃（即延时淬火），再置于 30～70℃的循环油中冷却，150～200℃出油，并立即回 火，不能冷到常温再回火，否则易开裂。 在油中停留的时间视模具尺寸大小而定，小型模具15～ 20min，中型模具25～45min，大型模具45～70min，模具 出油时，其表面油渍只冒青烟而不着火。 ②分级淬火：将模具置于160～180℃的硝盐中停留，停 留时间与模具尺寸有关（按0.3～0.5min / mm计算），使其 组织发生马氏体转变，然后再转入280～300℃的硝盐中等 温2～3h。
4.2热作模具材料 或将模具置于150℃的硝盐中停留，使其组织发生马氏 体转变，然后再转入280～300℃的硝盐中等温2～3h。钢的 淬火组织为马氏体+下贝氏体+少量残余奥氏体，回火后获得 回火下贝氏体组织，这样可明显提高模具的寿命。 分级淬火主要适合于小型模具。 5CrNiMo钢具有高的淬透性，尺寸为300×400×300 mm的模坯，自820℃油淬和560℃回火后，断面各部分的硬 度几乎一致，但其淬火变形不易控制。 （4）回火工艺：5CrNiMo钢经淬火后，必须立即回 火，以消除内应力、稳定组织和尺寸，回火保温的时间应大 于2h。 回火温度与模具尺寸有关。一般， 小型模具为490～510℃，硬度为44～47HRC ； 中型模具为520～540℃，硬度为38～42HRC ； 大型模具为560～580℃，硬度为34～37HRC。
4.2热作模具材料 为防止在300～350℃之间产生第二类回火脆性，回火冷 却可采用油冷，100℃出油，再进行160～180℃的低温回火。 5CrNiMo钢制锤锻模时，回火分模腔和燕尾两个部分。 燕尾部分的回火可采用单独加热回火和自行加热回火。 燕尾部分的回火温度高于模腔的回火温度： 小型模具为620～640℃，硬度为34～37HRC； 中、大型模具为640～660℃，硬度为30～34HRC。 3. 5CrNiMo钢的应用范围：该钢具有高韧性、高耐磨 性和具有良好的高温强度，可用来制造各种形状复杂的中大 型锻模，也可用于热切边模。
4.2热作模具材料 二、5CrMnMo钢简介 5CrMnMo钢与5CrNiMo钢相比，强度、硬度相当，但 在相同硬度下，5CrMnMo钢的冲击韧度与5CrNiMo钢低， 5CrMnMo钢的淬透性、耐热疲劳性也稍低，且热处理时过 热倾向较大。 5CrMnMo钢 的工艺性能 与5CrNiMo 钢基本相同。 5CrMnMo 钢适于制造 受力较轻的 中小型锤锻 模。
4.2热作模具材料 4.2.2中耐热热作模具钢 中耐热热作模具钢属中碳中合金钢，含有较多的Cr、 Mo、W、V等合金元素。Cr、Mo使钢的淬透性大大提高，V 使钢具有较好的抗过敏感性，对提高热硬性和热强性非常有 效，在500～600℃时具有较高的硬度、热强性和耐磨性， Ф100mm工件空淬能淬透，热处理变形小，且具有高的抗 疲劳强度。 4Cr5MoSiV钢（H11） 该钢是一种空冷硬化的热作模具钢，在中温工作条件下 具有很好的韧性，较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨 性，在较低的奥氏体化温度条件下能空淬，热处理变形小， 空淬时产生的氧化铁皮倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀 作用。
4.2热作模具材料 1.4Cr5MoSiV钢的力学性能
4.2热作模具材料 2.4Cr5MoSiV钢的工艺性能 （1）锻造性能：该钢的锻造性好。锻造工艺为：加热 温度1120～1150℃，始锻温度1050～1100℃，终锻温度≥ 850℃，锻后缓冷。 （2）预备热处理：采用等温退火，其等温退火工艺为 加热温度860～890℃，保温2～4h，等温温度710～730 ℃，等温时间4～6h，炉冷至500℃再空冷。退火后的硬度 ≤229HBS，切削加工性较好。 消除应力退火工艺为：加热温度为730～760℃，等温时 间3～4h，炉冷或空冷。 （3）淬火工艺：该钢的常规淬火温度为1000～1030 ℃，淬火冷却介质为油（油温为20～60℃）或空气，淬透性 好，淬火变形小。
4.2热作模具材料 2.4Cr5MoSiV钢的工艺性能 （4）回火工艺：回火温度为530～580℃，回火后的硬 度为47～49HRC。 3 . 4Cr5MoSiV钢的应用范围 该钢通常用于制造铝铸件用的压铸模、热挤压模和穿孔 用的工具和芯棒，也可用于型腔复杂、承受冲击载荷较大的 锤锻模、锻造压力机整体模具或镶块，以及高耐磨塑料模具 等。此外，由于该钢具有好的中温强度，亦被用于制造飞机、 火箭等耐400～500℃工作温度的结构件。
4.2热作模具材料 4.2.3高耐热热作模具钢 高耐热热作模具钢含碳量不高，但合金含量高。这类钢 有高的耐热性，即高的高温强度和高温硬度，可以在600～ 700℃高温下工作，同时具有高的耐磨性、淬透性，有强烈 的二次硬化效果、好的回火稳定性、较高的抗疲劳性和断裂 韧度。但塑性、韧性和抗冷疲劳性低于中耐热韧性钢。 3Cr3Mo3W2V钢 3Cr2W8V钢属于过共析钢，它是典型的高热强热作模 具钢，合金元素以钨为主，钨的质量分数达8﹪以上，并含 有较多易形成碳化物的铬，因此高温下具有较高的强度和硬 度，但韧性和塑性较差，已逐渐被新钢种替代，如 3Cr3Mo3W2V钢 。
4.2热作模具材料 1.3Cr3Mo3W2V钢的力学性能
4.2热作模具材料 2.3Cr3Mo3W2V钢的工艺性能 （1）锻造性能：该钢的锻造性较好，其锻造工艺为： 加热温度1150～1180℃，始锻温度1050～1100℃，终锻温 度≥850℃，锻后缓冷。 （2）预备热处理：锻后应及时退火，可采用等温退 火，其等温退火工艺为：加热温度860～880℃，保温2～ 4h，等温温度720～740℃，保温4～6h，炉冷至500℃再空 冷；退火后的硬度为≤255HRC，切削加工性较好。 （3）淬火工艺：该钢的淬火温度为1060～1130℃，可采用油冷或分级淬火。 （4）回火工艺：该钢可采用600～630℃的回火，回火 后的硬度为50～55HRC；也可采用630～650℃的回火，回 火后的硬度为45～50HRC。 3.3Cr3Mo3W2V钢的应用范围：该钢适宜制造热镦锻、 压力机锻造等热作模具，也可用于铜合金、轻金属的热挤压 模、压铸模等，模具使用寿命较高。
