熱作模具的選材
熱作模具的選材，應(yīng)根據(jù)模具具體工作條件、失效形式以及模具的抗力要求和模具材料本身所具有的特性來(lái)選擇。
一、熱鍛模的選材
熱鍛模具的工作條件是在高溫、高壓、高沖擊下，并常常要反復(fù)加熱和冷卻。因此，模具材料應(yīng)具有一定的高溫屈服強(qiáng)度，高的沖擊韌度和斷裂韌度。由于鍛模尺寸一般都較大，模具材料還應(yīng)有很好的淬透性，高的熱疲勞抗力和回火穩(wěn)定性。
目前我國(guó)錘鍛模用鋼主要鋼號(hào)為：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV；應(yīng)用效果較好但尚未納入標(biāo)準(zhǔn)的鋼有3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi；重型機(jī)械廠或鋼廠生產(chǎn)的其他錘鍛模用鋼有5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnMoV、5CrNiW、5CrNiMoV等；國(guó)外進(jìn)口錘鍛模用鋼有55CrNiMoV6等。
不同類(lèi)型鍛模的硬度指標(biāo)不同。
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類(lèi)型
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模面硬度
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燕尾硬度
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小型鍛模
高度＜250mm
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41~47HRC或
39~44HRC
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35~39HRC
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中型鍛模
高度在250~350mm
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39~44HRC或
37~41HRC
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33~37HRC
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大型鍛模
高度在350~500mm
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35~39HRC
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30~35HRC
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特大型鍛模
高度＞500mm
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33~37HRC
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28~35HRC
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其他熱鍛模材料的選用與熱擠壓模用鋼相同，工作時(shí)受熱溫度更高，受熱時(shí)間更長(zhǎng)，工作負(fù)荷更大。其他熱鍛模是指熱鐓模、精鍛模和高速鍛模。
二、熱擠壓模常用材料及選用原則
熱擠壓模具由于受到的沖擊載荷比熱鍛模小，對(duì)沖擊韌度，淬透性的要求不如熱鍛模高。但工作時(shí)熾熱金屬接觸的時(shí)間比熱鍛模長(zhǎng)，最高溫度可達(dá)800~850℃，由于反復(fù)加熱冷卻而引起的熱疲勞現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。
對(duì)幾種熱擠壓凹模的硬度要求如下：
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擠壓材料
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加熱溫度
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模具硬度
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鋼、鈦或合金
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1000℃
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43~47HRC
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銅或銅合金
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650~1000℃
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36~45HRC
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鋁、鎂合金
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350~500℃
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46~50HRC
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常用熱擠壓模具鋼的鋼號(hào)為：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1；應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)為：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等；應(yīng)用較多的其他鋼號(hào)為：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情況下，有時(shí)會(huì)應(yīng)用奧氏體型耐熱鋼、鎳基合金、硬質(zhì)合金和鎢鈷類(lèi)和鎢鈦鈷類(lèi)硬質(zhì)合金等。
3Cr2W8V鋼是我國(guó)最常用的黑色和有色金屬及合金的熱擠壓模用鋼。新型熱擠壓模用鋼為：HM1、RM2、012Al、GR、CG2等，它們既有較高硬度、強(qiáng)度，又有較高韌性，在熱擠壓模上應(yīng)用效果較好。
鉻系熱擠壓模用鋼如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi等適于制作急冷急熱條件下工作的模具。當(dāng)擠壓耐熱鋼管時(shí)，模具溫度可高達(dá)900~1000℃，需采用高溫合金制作模具；工作溫度較高的凸模或凹模，可以采用硬質(zhì)合金鑲塊模。
選擇熱擠壓模材料時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)被擠壓金屬的種類(lèi)及其擠壓溫度來(lái)決定，其次也應(yīng)考慮到擠壓比、擠壓速度和潤(rùn)滑條件等因素，以延長(zhǎng)模具的使用壽命。
三、壓鑄模常用材料及選用原則
壓鑄模具的選材，主要依據(jù)澆注金屬的溫度及種類(lèi)而定。如何選用合適的模具材料，來(lái)提高壓鑄模具的使用壽命，尤其是高熔點(diǎn)的金屬。壓鑄溫度越高，壓鑄模的損壞就越快。
⑴鋅合金壓鑄模
鋅合金的熔點(diǎn)為400~430℃，鋅合金壓鑄模型腔的表層溫度不會(huì)超過(guò)400℃。由于工作溫度較低，故除常用模具鋼外，也可采用合金結(jié)構(gòu)鋼制造模具，甚至可采用低碳鋼（如20鋼），經(jīng)中溫固體碳氮共滲、淬火、低溫回火，使用效果也很好。
常用于制造鋅合金壓鑄模具的材料為：合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr、30CrMnSi、40CrMo等，合金模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。
⑵銅合金壓鑄模
銅合金壓鑄模的工作條件極為苛刻，銅液溫度通常為870~940℃，模具型腔受到高溫銅液的反復(fù)沖刷，促使模腔表面產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋（龜裂），壽命遠(yuǎn)比鋁合金壓鑄模短；因此，銅合金壓鑄模應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性、導(dǎo)熱性、韌性、塑性、高的抗氧化性、耐蝕性及良好加工工藝性能。
國(guó)內(nèi)仍大量采用3Cr2W8V鋼制造銅合金壓鑄模，也有的用鉻鉬系熱作模具鋼。近幾年研制成功的新型熱作模具鋼Y4，應(yīng)用于制造銅合金壓鑄模具取得較滿意效果，Y4鋼抗熱疲勞性能明顯優(yōu)于3Cr2W8V鋼。國(guó)外已采用加鈷的鎢系高熱強(qiáng)模具鋼、鎢基合金、鉬基合金等，使用效果比3Cr2W8V鋼好。因鎢、鉬價(jià)格昂貴，在我國(guó)難以推廣應(yīng)用。
⑶鋁合金壓鑄模
鋁合金熔液的溫度通常在650~700℃左右，壓鑄模模腔表面受高溫高速鋁液的反復(fù)沖刷，產(chǎn)生較大的應(yīng)力，模具受到液態(tài)鋁合金的熔損粘蝕作用。因此，鋁合金壓鑄模的壽命長(zhǎng)短，要重點(diǎn)考慮是否發(fā)生粘模和模腔早期干裂。
目前，我國(guó)常用鋁合金壓鑄模用鋼有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、3Cr2W8V及新鋼種Y10和HM3等。
3Cr2W8V鋼的回火抗力和熱穩(wěn)定性能最好，具有足夠高的耐熱性，但冷熱疲勞抗力最差，容易在模具型腔表面出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋（龜裂）。H13和H11鋼的回火抗力及熱穩(wěn)定性稍次于3Cr2W8V鋼，但冷熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。用H13鋼制造的鋁合金壓鑄模，壽命遠(yuǎn)長(zhǎng)于3Cr2W8V鋼制造的模具。
新鋼種Y10鋼是在H13鋼基礎(chǔ)上研制的新型鋁合金壓鑄模用鋼，除耐熱性能比3Cr2W8V鋼稍差外，其他力學(xué)性能如沖擊韌度、斷裂韌度。物理性能如熱導(dǎo)率、熱脹系數(shù)。工藝性能如熱處理變形性能、熱疲勞抗力以及紅硬性能，均優(yōu)于3Cr2W8V鋼。Y10鋼應(yīng)用于鋁合金壓鑄模具，使用壽命可延長(zhǎng)1~10倍。
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