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热作模具钢

文章附图

热作模具钢

热作模具钢是指适宜于制作对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢,如热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。由于热作模具长时间处于高温高压条件下工作,因此,要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性,特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性。 [1]
中文名
热作模具钢
外文名
hot-work die steel
特    点
较高的高温强度和良好的韧性等
成    分
C、合金元素
类    型
热锻模用钢、热挤压模用钢等
学    科
冶金学

性能要求

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热作模具在工作时承受着很大的冲击力,模腔和高温金属接触,反复地加热和冷却,其使用条件极其恶劣。为了满足热作模具的使用要求,热作模具钢应具备下列基本特性:
(1)较高的高温强度和良好的韧性。热作模具,尤其是热锻模,工作时承受很大的冲击力,而且冲击频率很高,如果模具没有高的强度和良好的韧性,就容易开裂。
(2)良好的耐磨性能,由于热作模具丁作时除受到毛坯变形时产生摩擦磨损之外,还受到高温氧化腐蚀和氧化铁屑的研磨,所以需要热作模具钢有较高的硬度和抗黏附性。
(3)高的热稳定性。热稳定性是指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力。热作模具工作时,接触的是炽热的金属,甚至是液态金属,所以模具表面温度很高,一般为400~700℃。这就要求热作模具钢在高温下不发生热化,具有高的热稳定性,否则模具就会发生塑性变形,造成堆塌而失效。
(4)优良的耐热疲劳性,热作模具的工作特点是反复受热受冷,模具一时受热膨胀,一时又冷却收缩,形成很大的热应力,而且这种热应力是方向相反,交替产生的。在反复热应力作用下,模具表面会形成网状裂纹(龟裂),这种现象称为热疲劳,模具因热疲劳而过早地断裂,是热作模具失效的主要原因之一。所以热作模具钢必须要有良好的热疲劳性。
(5)高淬透性。热作模具一般尺寸比较大,热锻模尤其是这样,为了使整个模具截面的力学性能均匀,这就要求热作模具钢有高的淬透性能。
(6)良好的导热性。为了使模具不致积热过多,导致力学性能下降,要尽可能降低模面温度,减小模具内部的温差,这就要求热作模具钢要有良好的导热件能。
(7)良好的成形加工工艺性能,以满足加工成形的需要。 [2]

成分特点

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1.含碳量
一般为中碳,碳的质量分数为0.3%~0.6%。保证材料具有较高的强度和硬度,较高的淬透性以及较好的望性、韧性。
2.合金元素
加入的合金元素有Cr、Mn、Si、Ni、W、Mo、V等合金元素。其中Cr、Mn、Si、Ni合金元素的作用是强化铁素体和提高淬透性。W、Mo合金元素是为了防止回火脆性,Cr、W、Si合金元素能提高相变温度,使模具在交替受热与冷却过程中不致发生相变而发生较大的容积变化,从而提高其抗热疲劳的能力。另外,W、Mo、V等在回火时以碳化物形式析出而产生二次硬化,使热作模具钢在较高温度下仍保持相当高的硬度,这是热作模具钢正常工作的重要条件之一,Cr、Si能提高钢的抗氧化性 [3]

标准钢号

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国家标准GB/T 1299-2000《合金工具钢》列入了12个热作模具钢钢号。钢号分三类:
第一类是原有老钢种,如
等;
第二类是国内研制的新钢种,如
等;
第三类是从国外引进的通用钢种,如
(HIO)、
(H11)、
(H13)、
(W2)等。另外冷作模具用无磁模具钢
),也常用于制造在700~800℃下使用的热作模具。 [1]

分类

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热作模具钢的分类方法很多,可以根据合金元素含量及热处理后的性能分类,可以按用途分,也可以按合金元素分类。
(1)按用途可分为热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢,热冲裁模用钢。
(2)按耐热性可分为低耐热钢(350~370℃)、中耐热钢(550~600℃)、高耐热钢。
(3)按特有性能分为高韧性热作模具钢、高热强热作模具钢、高耐磨热作模具钢。
(4)按合金元素分类可分为低合金热作模具钢(钨系、铬系和钼系)、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢(钨钼系和铬钼系);或分为钨系热模钢、铬系热模钢及铬钨钼系热模钢。铬钨系高合金热作模具钢的高温强度及热稳定性不及钨钼系,而冷热疲劳抗力及韧性比钨钼系高。 [2]


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