热作模具钢介绍

热作模具钢主要用于热锻模具、压铸模具、热挤压模具、超塑成型等温锻造模具等。要求热作模具钢在工作温度下具有较高的强韧性、耐磨性、高温硬度、抗冷热疲劳性能、抗氧化性和耐蚀性。美国标准中通用型热作模具钢主要有4个钢号，即：L6，H10、H21、H13。 热作模具钢是在高温条件下使用，一般在500-700℃之间工作，而且在压铸时与液态金属相接触，使用条件比塑料模具和冷作模具更苛刻。近些年来，国外生产模具钢的主导企业十分重视热作模具钢的开发。我国产常用的热作模具钢有四个品种，主要是5CrNiMo，5CrMnMo，H13，3Cr2W8V。

1.高淬透性锻模用钢 该类钢一般为中碳（0.3-0.6%）低合金钢，5CrMnMo、5CrNiMn是通用型的热锻模模具用钢。但由于合金元素含量较低，淬透性较差，热稳定性也不高，并且钢中不含V，晶粒容易粗大，模具的使用寿命低。为了适应大截面锻锤和锻造压力机的要求，需要较高淬透性和回火稳定性的锻模钢，各国均开发了新钢种。如前苏联的4xM2φЧ、5X2MHV，UDDEHGLMToughteM钢，日本大同特殊钢的GF78，三菱制钢开发的HD14（5CrNiMoV），高周波钢业公司开发的KTVN（5CrNi3MoV）等。西方国家常用的是55NiCrMoV6。80年代以后，我国研制了类似的钢号5CrNiMoV钢，提高了5Cr-Nilllo钢中的Cr，Ni，Mo的含量，并添加V，显著提高了钢的淬透性、淬硬性、高温强度和抗回火稳定性，400mmx400mm截面可以完全淬透，淬火后表面与心部硬度都保持在56-60HRC，而同一尺寸的5CrNiMo的心部硬度只有32-41HRC：5CrNiMoV钢的模块淬火经600℃回火，硬度可以保持在41.5-44HRC，5CrNiMo的淬火模块，经500℃回火2小时，硬度只有32-35HRC，抗回火稳定性比5Cr-NiMo高100℃，使用寿命显著高于5CrNiMo.5Cr2NiMoVSi钢与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的模块可以淬透，并且具有二次硬化效应，热稳定性比5CrNiMo更高，适合制造大型锻模。

2.高强韧性热作模具钢该类热作模具钢的使用量大、面广，典型的钢种是美国AISIH13钢。近些年来，国外主要的模具钢生产厂开发了大量的新钢种。如瑞典UDDEHOLM的QR090SUPEREME，HOTVAR，最近又研究了低Si优质热作模具钢DIEVAR，提高了高温强度、回火稳定性和韧性、抗热裂性等。美国的CARPENTER工艺公司开发了Extendo-Die，提高了H13钢中的Cr;Mo含量，从而提高了模具的使用寿命。美国的CRUCIBLE公司开发了CRU161，WR95等新钢种。德国TEW通过调整X40CrMoV51钢的C，Cr，Mo，V含量，推出了X35CrMoV511。日本的大同特殊钢公司的DH21等新钢种。另外，为了提高钢的红硬性和回火稳定性，在钢中增加一定量的Co，如美国的H19，英国的BH10A，日本的MCZ，WDK，大同特殊钢的DH41DH71，日立金属的YHD45等。为了满足高负荷、长寿命的锻造压力机用锻模的要求，发展了沉淀硬化型热作模具钢，这类钢一般含碳量较低（<0.3%），加入一定量的沉淀硬化元素Ni，Mo，Al等。模具热处理工艺采用淬火和较低温度回火（<500℃），得到高韧性的板条马氏体组织，在模具使用过程中，型腔表面与高温工件接触而升温到550℃左右，由于金属间化合物和碳化物的弥散析出而增加硬度5-8HRC。典型的钢种如：日立金属的YHD26，大同特殊钢的DH67（3Ni3Mo3V）等。

3.高温热作模具钢当工作温度≥700℃时，一般的模具钢的强度急剧下降，为了满足工作温度≥700℃时的模具要求，国外发展了一些新型的热作模具材料。对700~800℃的模具，发展了CrMn系和NiCrMn系高温模具钢，如日立金属的5Mn15CrlOV2，大同特殊钢的5Mn18NNi8Cr，8Mo2V2钢等。在800℃下抗拉强度可大于600MPa。但该类钢导热性较差，热膨胀系数大，热疲劳性能差。7Mn15Cr2Al3V2WMo钢是我国研制的无磁钢，应用较多，一般固溶温度为1170~1180℃。固溶处理后的组织为奥氏体和少量的碳化物，固溶处理后硬度为20-22HRC左右。常用的时效温度一般为650-700℃，时效后的硬度可以达到47HRC左右，可用于高温热作模具、磁性材料的压制成型用模具，具有较高的耐磨性。当工作温度>800℃时，一般用Fe基或Ni基高温合金制造。最近由于超塑恒温成型工艺的发展，有些高温合金的超塑性的温度高达1100℃。日立金属公司开发一种叫"Nimowal"的Ni基合金。

4.马氏体时效钢通过马氏体的强化机制可在750℃的高温下，保持相当的红硬性，其特点是在微量的碳加18~25%Ni，在添加AI，Ti，Co，Mo等元素。美国Lokomo公司和CRUCIBLE公司开发的该类钢与18Ni相近。Thy-r-othrm2799是一种新型的马氏体时效钢（Ni12Mo8Co8Ti），具有较高的热稳定性，BOHLER的W700也属此类。此外，还有高温耐蚀模具钢、如大同特殊钢开发的DH42，日立金属开发的YHD45等；粉末冶金耐热模具钢，如德国的X40Cr-MoV51，X5NiCrTi2625，美国VASCO的MA等。