1、课题二课题二 热作模具钢的性能及热处理规范热作模具钢的性能及热处理规范1.1 下一页返回知识点知识点掌握热作模具钢的材料性能；掌握热作模具钢的材料性能；掌握热作模具钢的热处理规范。掌握热作模具钢的热处理规范。技能点技能点热作模具钢的热处理规范热作模具钢的热处理规范 。一、任务导入：一、任务导入：案例案例1： 转向节热锻模（如图如转向节热锻模（如图如3-1所示），模具材料所示），模具材料为为5CrNiMo钢，模具钢，模具尺寸为尺寸为700mm675mm400mm，生产批量：，生产批量：大批量，技术要求：锻大批量，技术要求：锻模模面硬度为模模面硬度为3639HRC，燕尾硬度为，燕尾硬度为2833H
2、RC。要求掌。要求掌握该模具的热处理规范。握该模具的热处理规范。上一页 下一页返回 图图3-1 3-1 转制节热锻模简图转制节热锻模简图一、任务导入：一、任务导入：案例案例2：铝合金圆管挤压模（如图铝合金圆管挤压模（如图3-2所示），生产所示），生产3A21（原（原LF21）铝合金）铝合金15.8mm0.9mm的薄的薄壁圆管，生产批量：大批量，壁圆管，生产批量：大批量，模具材料为模具材料为4Cr5MoSiV1（H13）。技术要求：挤压模）。技术要求：挤压模硬度为硬度为4247HRC，硼氮复，硼氮复合渗。要求掌握该模具的热处合渗。要求掌握该模具的热处理规范。理规范。上一页 下一页返回 图图3-3
3、-2 2 铝合金挤压模凸模铝合金挤压模凸模 二、专业知识：二、专业知识：1热锻模用钢（高韧性、低合金）；热锻模用钢（高韧性、低合金）；2热挤压模用钢（高热强热、中合金）；热挤压模用钢（高热强热、中合金）；3压铸模用钢（高热强热、中合金）；压铸模用钢（高热强热、中合金）；4.热冲裁模用钢（高耐磨、低合金高碳）热冲裁模用钢（高耐磨、低合金高碳） ；上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模是在高温下通过冲击力或压力使炽热的金属坯热锻模是在高温下通过冲击力或压力使炽热的金属坯料成形的模具，包括锤锻模、压力机锻模、热镦模、精料成形的模具，包括锤锻模、压力机锻模、
4、热镦模、精锻模和高速锻模等，其中锤锻模最有代表性。锻模和高速锻模等，其中锤锻模最有代表性。热锻模用钢主要用于各种尺寸的锤锻模、平锻机锻模、热锻模用钢主要用于各种尺寸的锤锻模、平锻机锻模、大型压力机锻模等。大型压力机锻模等。热锻模在工作中受到高温、高压、高冲击负荷的作用。热锻模在工作中受到高温、高压、高冲击负荷的作用。模具型腔与高温金属坯料（钢铁坯料约模具型腔与高温金属坯料（钢铁坯料约1000 1200）相接触产生强烈地摩擦，使模具本身温度高）相接触产生强烈地摩擦，使模具本身温度高达达400 600；锻件取出后模腔还要用水、油或压；锻件取出后模腔还要用水、油或压缩空气进行冷却，如此受到反复加热和
5、冷却，使模具表缩空气进行冷却，如此受到反复加热和冷却，使模具表面产生较大的热应力。锤锻模的失效方式主要是，在交面产生较大的热应力。锤锻模的失效方式主要是，在交变的热应力作用下，模具表面产生网状或放射状的热疲变的热应力作用下，模具表面产生网状或放射状的热疲劳裂纹，以及模腔磨损或严重偏载、工艺性裂纹导致模劳裂纹，以及模腔磨损或严重偏载、工艺性裂纹导致模具开裂。具开裂。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金） 因此，热锻模应具有较高的高温强度和韧性，良因此，热锻模应具有较高的高温强度和韧性，良好的耐磨性和耐热疲劳性，由于锤锻模尺寸比较大，好的耐磨性和耐热疲劳性，由
6、于锤锻模尺寸比较大，还要求锤锻模用钢具有高的淬透性。还要求锤锻模用钢具有高的淬透性。 由于热锻模的工作条件较恶劣，因此要求热锻模由于热锻模的工作条件较恶劣，因此要求热锻模具钢应具有下列基本性能：具钢应具有下列基本性能： 1）淬透性高，以保证热锻模具沿整个截面具有均）淬透性高，以保证热锻模具沿整个截面具有均匀一致的力学性能。匀一致的力学性能。 2）冲击韧性好，热疲劳抗力高，以保证能承受冲）冲击韧性好，热疲劳抗力高，以保证能承受冲击载荷及在急冷急热反复热冲击下，不致于发生龟裂。击载荷及在急冷急热反复热冲击下，不致于发生龟裂。 3）导热性好，以保证热锻模具型腔表面的热量尽）导热性好，以保证热锻模具型
7、腔表面的热量尽快传导外散，降低模具的温升，有利于减少热磨损及快传导外散，降低模具的温升，有利于减少热磨损及热疲劳损伤。热疲劳损伤。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金） 4）较高的抗回火稳定性及高温强度，以减少热）较高的抗回火稳定性及高温强度，以减少热塑性变形。塑性变形。 5）较好的抗氧化性能和加工艺性能。为满足上）较好的抗氧化性能和加工艺性能。为满足上述性能，热锻模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形述性能，热锻模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，通常碳质量分数成元素，通常碳质量分数c在在0.3 0.5左右，左右，为提高淬透性及热强性加入少量铬、钼、钒
8、、镍、锰、为提高淬透性及热强性加入少量铬、钼、钒、镍、锰、硅等，加入少量钼或钨有助于清除高温回火脆性。硅等，加入少量钼或钨有助于清除高温回火脆性。 常用的热锻模用钢主要有：常用的热锻模用钢主要有：5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV等，此外还有国内近年等，此外还有国内近年来研制的新钢种，如来研制的新钢种，如4SiMnMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi等。其中等。其中45Cr2NiMoVSi是应用是应用比较成熟的高强韧大截面锤锻模具钢。比较成熟的高强韧大截面锤锻模具钢。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）（1）5CrM
9、nMo钢钢 5CrMnMo钢是传统的热锻模具钢，钢中加钢是传统的热锻模具钢，钢中加入入Cr可以提高淬透性、高温强度和抗氧化能力；加可以提高淬透性、高温强度和抗氧化能力；加入入Mo主要是为了抑制回火脆性，提高耐回火性。主要是为了抑制回火脆性，提高耐回火性。该钢与该钢与5CrNiMo钢的各种性能类似，是在考虑我钢的各种性能类似，是在考虑我国资源情况的基础上，为节约镍而以锰代镍研制的，国资源情况的基础上，为节约镍而以锰代镍研制的，淬透性稍差，高温工作时的耐热疲劳性也低于淬透性稍差，高温工作时的耐热疲劳性也低于5CrNiMo钢。钢。5CrMnMo钢适用于制造要求较高钢适用于制造要求较高强度和高耐磨性的
10、各种类型锻模（边长强度和高耐磨性的各种类型锻模（边长400mm）。要求韧性较高时，可以采用电渣重）。要求韧性较高时，可以采用电渣重熔钢。熔钢。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）1）热加工）热加工 5CrMnMo钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-16。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）2）预备热处理）预备热处理 一般退火：加热温度为一般退火：加热温度为760 780保保温温2 4 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，退火以下出炉空冷，退火后硬度为后硬度为197 241HBS。 锻后等温退火：加热温度为锻后
11、等温退火：加热温度为850 870，保温，保温2 4 h；炉冷至；炉冷至680，保温，保温4 6 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，退火后硬以下出炉空冷，退火后硬度为度为197 241HBS。 锻模翻新退火：加热温度为锻模翻新退火：加热温度为720 740，保温，保温2 6 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉以下出炉空冷。空冷。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）3）淬火及回火）淬火及回火 推荐淬火、回火规范分别见表推荐淬火、回火规范分别见表3-17、表、表3-18。回火用途为消除应力，稳定组织和尺寸。回火用途为消除应力，稳定组织和尺寸。常温力学性能与
12、回火温度的关系见表常温力学性能与回火温度的关系见表3-19。 高温淬火、回火工艺。高温淬火可以获得高温淬火、回火工艺。高温淬火可以获得细致的板条状马氏体，强韧性较好，但超过细致的板条状马氏体，强韧性较好，但超过900加热淬火，冲击韧度等性能开始下降。生加热淬火，冲击韧度等性能开始下降。生产实践证明：高温淬火后模具的使用寿命都有了产实践证明：高温淬火后模具的使用寿命都有了不同程度的提高。高温淬火温度为不同程度的提高。高温淬火温度为890 900，油冷，硬度为，油冷，硬度为61.5HRC。回火温度为。回火温度为420 550，回火，回火2次。次。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻
13、模用钢（高韧性、低合金）上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）等温淬火等温淬火 加热温度为加热温度为840 860，加热后将模具，加热后将模具放于放于160 180硝盐中分级停留，使之发生硝盐中分级停留，使之发生部分马氏体转变，然后再转入部分马氏体转变，然后再转入280 300硝硝盐中保温停留盐中保温停留2 3 h。 加热温度为加热温度为840 860，淬入油中，待，淬入油中，待模具表面冷到模具表面冷到15
14、0 200时，带温转入等温时，带温转入等温槽，在槽，在280 300保温保温2 3 h。 采取以上两种淬火方法后，模具钢的组织为采取以上两种淬火方法后，模具钢的组织为马氏体马氏体 + 下贝氏体下贝氏体 + 残留奥氏体，回火后获得残留奥氏体，回火后获得回火下贝氏体组织。这种工艺减少了模具的使用回火下贝氏体组织。这种工艺减少了模具的使用过程中的开裂，提高了模具的使用寿命。过程中的开裂，提高了模具的使用寿命。 上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）（2）5CrNiMo 5CrNiMo钢和钢和5CrMnMo钢一样都是传统的热钢一样都是传统的热锻模具钢，但锻模具钢，
15、但5CrNiMo钢具有十分良好的韧性，同钢具有十分良好的韧性，同时具有良好的强度和高耐磨性，室温力学性能与时具有良好的强度和高耐磨性，室温力学性能与500 600时几乎相同，在加热到时几乎相同，在加热到500时，时，仍能保持仍能保持300HBS左右的硬度。由于左右的硬度。由于5CrNiMo钢钢中含有中含有Mo，因而对回火脆性并不敏感，但由于碳化，因而对回火脆性并不敏感，但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，所以热稳物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。定性不高。 5CrNiMo钢具有十分良好的淬透性。钢具有十分良好的淬透性。300mm400mm300mm的大块钢料经的大
16、块钢料经820油淬和油淬和560回火后，断面各部分的硬度几回火后，断面各部分的硬度几乎一致。乎一致。5CrNiMo钢多用来制造大、中型锻模。钢多用来制造大、中型锻模。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金） 1）热加工）热加工 5CrNiMo钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-20。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）5CrNiMo钢在空气中冷却即能淬硬，并易形钢在空气中冷却即能淬硬，并易形成白点，因此锻造后应缓慢冷却。对于大型锻件，成白点，因此锻造后应缓慢冷却。对于大型锻件，必须放到必须放到600的炉中，待温度一
17、致以后，再缓慢的炉中，待温度一致以后，再缓慢冷却到冷却到150 200，然后再在空气中冷却。对，然后再在空气中冷却。对于较大的锻件，建议在冷却到于较大的锻件，建议在冷却到150 200以后，以后，立即进行回火加热。立即进行回火加热。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）2）预备热处理）预备热处理 锻后退火：加热温度为锻后退火：加热温度为760 780，保温，保温4 6 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，退火后硬度以下出炉空冷，退火后硬度为为197 241HBS，组织为珠光体，组织为珠光体 + 铁素体。铁素体。 锻后等温退火：加热温度为锻后等温退火：加热
18、温度为850 870，保温保温4 6 h；等温温度；等温温度680，保温，保温4 6 h，炉，炉冷至冷至500以下出炉空冷，退火后硬度为以下出炉空冷，退火后硬度为197 241HBS；组织为珠光体；组织为珠光体 + 铁素体。铁素体。 锻模翻新退火：加热温度为锻模翻新退火：加热温度为710 730，保温保温4 6 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷。退火后以下出炉空冷。退火后硬度为硬度为197 241HBS。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）3）淬火及回火）淬火及回火 淬火规范见表淬火规范见表3-21。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热
19、锻模用钢（高韧性、低合金） 回火规范见表回火规范见表3-22。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）回火后均需油冷，以防回火脆性的产生，为了回火后均需油冷，以防回火脆性的产生，为了消除油冷时产生的应力，可在消除油冷时产生的应力，可在160 180再回再回火一次。特别注意火一次。特别注意5CrNiMo、5CrMnMo这两类这两类钢无论淬火还是回火都不能在油中冷到室温，否则钢无论淬火还是回火都不能在油中冷到室温，否则容易开裂。表容易开裂。表3-23为淬火、回火温度对为淬火、回火温度对5CrNiMo钢冲击韧度的影响。表钢冲击韧度的影响。表3-24为淬火、为淬火、
20、回火温度对硬度的影响。回火温度对硬度的影响。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）高温淬火、回火工艺。近年来研究表明：随着淬高温淬火、回火工艺。近年来研究表明：随着淬火温度的提高，火温度的提高，5CrNiMo钢的组织以板条状马氏体为钢的组织以板条状马氏体为主，而板条状马氏体比针状马氏体具有更高的韧性，同主，而板条状马氏体比针状马氏体具有更高的韧性，同时钢中的碳化物更充分溶解，使钢的一系列性能发生变时钢中的碳化物更充分溶解，使钢的一系列性能发生变化，断裂韧度有所提高，抗回火能力和热稳
21、定性也得到化，断裂韧度有所提高，抗回火能力和热稳定性也得到提高。淬火温度提高后，能推迟热疲劳裂纹的产生，但提高。淬火温度提高后，能推迟热疲劳裂纹的产生，但超过超过900加热淬火，冲击韧度开始下降。实践证明，加热淬火，冲击韧度开始下降。实践证明，高温淬火后模具的使用寿命有不同程度的提高。高温淬火后模具的使用寿命有不同程度的提高。 高温淬火温度为高温淬火温度为890 910，油冷，淬火硬度，油冷，淬火硬度为为61.5HRC。淬火后组织为板条马氏体。淬火后组织为板条马氏体 + 体积分数体积分数为为9.2左右的残留奥氏体，晶粒度为左右的残留奥氏体，晶粒度为7 8级。级。 回火温度为回火温度为420 5
22、50，回火，回火2次，硬度为次，硬度为38 47HRC。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）等温淬火工艺。热锻模加热油淬，当模具表等温淬火工艺。热锻模加热油淬，当模具表面温度冷到面温度冷到150 200时，即带温转入时，即带温转入280 300的等温槽，保温的等温槽，保温2 3 h。由于淬火时先获。由于淬火时先获得少量马氏体得少量马氏体 + 下贝氏体下贝氏体 + 残留奥氏体组织，回残留奥氏体组织，回火后马氏体转变为下贝氏体组织。该工艺减少了模火后马氏体转变为下贝氏体组织。该工艺减少了模具的开裂，模具的使用寿命显著提高。例如具的开裂，模具的使用寿命显著提高
23、。例如5CrNiMo钢法兰盘模具，普通淬火模具寿命是钢法兰盘模具，普通淬火模具寿命是8500件，等温淬火模具寿命为件，等温淬火模具寿命为13000件。件。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）（3）4CrMnSiMoV钢钢 4CrMnSiMoV钢是近钢是近20年来，我国在低合金年来，我国在低合金大截面热作模具钢领域发展的钢种之一，是原冶金部大截面热作模具钢领域发展的钢种之一，是原冶金部标准中推荐使用的标准中推荐使用的5CrMnSiMoV钢的改进型。该钢钢的改进型。该钢具有较高的强度、耐磨性，良好的冲击韧度、淬透性，具有较高的强度、耐磨性，良好的冲击韧度、淬
24、透性，并有较高的抗回火性以及好的高温强度和耐热疲劳性并有较高的抗回火性以及好的高温强度和耐热疲劳性能。其高温性能、抗回火稳定性、热疲劳性均比能。其高温性能、抗回火稳定性、热疲劳性均比5CrMnMo、5CrNiMo钢好，可以用来代替钢好，可以用来代替5CrNiMo钢。钢。4CrMnSiMoV钢的冷、热加工性能钢的冷、热加工性能好，适于制造各种类型的锤锻和压力机锻模。好，适于制造各种类型的锤锻和压力机锻模。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）1）热加工）热加工 4CrMnSiMoV钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-25。上一页 下一页返回1热锻模用钢（
25、高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）2）预备热处理）预备热处理 等温退火工艺：加热温度为等温退火工艺：加热温度为840 860，保温保温2 4 h；等温温度为；等温温度为700 720，保温，保温4 8 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷。以下出炉空冷。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）3）淬火及回火）淬火及回火 推荐的淬火规范：淬火温度为推荐的淬火规范：淬火温度为860 880，油冷，硬度为，油冷，硬度为56 58HRC。不同温。不同温度淬火后的硬度见表度淬火后的硬度见表3-26。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（
26、高韧性、低合金）推荐的回火规范见表推荐的回火规范见表3-27。硬度与回火温。硬度与回火温度的关系见表度的关系见表3-28。上一页 下一页返回1热锻模用钢（高韧性、低合金）热锻模用钢（高韧性、低合金）4）实际应用）实际应用 4CrMnSiMoV钢适用于大、中型锻模，也可钢适用于大、中型锻模，也可用于中小型热锻模具。与用于中小型热锻模具。与5CrNiMo钢比较，钢比较，4CrMnSiMoV钢模具的使用寿命高，如连杆模、钢模具的使用寿命高，如连杆模、前梁模、齿轮模、突缘节模（深型模）等，均比前梁模、齿轮模、突缘节模（深型模）等，均比5CrNiMo钢模具寿命提高钢模具寿命提高0.1 0.8倍；用于矫倍
27、；用于矫正模、弯曲模等，比正模、弯曲模等，比5CrNiMo钢模具寿命提高钢模具寿命提高0.5 2倍。倍。上一页 下一页返回热挤压模的工作条件相当繁重。既承受压缩应热挤压模的工作条件相当繁重。既承受压缩应力和弯曲应力，脱模时也承受一定的拉应力。另外力和弯曲应力，脱模时也承受一定的拉应力。另外还受到冲击负荷的作用。模具与炽热金属接触时间还受到冲击负荷的作用。模具与炽热金属接触时间较长，使其受热温度比热锻模更高，尤其是用于加较长，使其受热温度比热锻模更高，尤其是用于加工钢铁材料和难熔金属时，工作温度高达工钢铁材料和难熔金属时，工作温度高达600 800。热挤压模的失效形式主要是模腔过量塑性。热挤压模
28、的失效形式主要是模腔过量塑性变形、开裂、热疲劳和热磨损。但这类模具的尺寸变形、开裂、热疲劳和热磨损。但这类模具的尺寸一般比热锻模小，因此，对于这类模具特别要求具一般比热锻模小，因此，对于这类模具特别要求具有高的热稳定性，较高的高温强度和足够的韧性，有高的热稳定性，较高的高温强度和足够的韧性，良好的耐热疲劳性和高的耐磨性。良好的耐热疲劳性和高的耐磨性。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢，还有铬钼系、钨钼
29、系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。作模具钢以及基体钢等。 钨系热作模具钢的代表性钢种为传统的钨系热作模具钢的代表性钢种为传统的3Cr2W8V钢，由于其耐热疲劳性较差，在热挤压模钢，由于其耐热疲劳性较差，在热挤压模方面的应用将逐渐会减少，但在压铸模方面的应用较多，方面的应用将逐渐会减少，但在压铸模方面的应用较多，故在压铸模用钢中对其作详细介绍。故在压铸模用钢中对其作详细介绍。 铬系热作模具钢的代表性钢种有铬系热作模具钢的代表性钢种有4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl和和4Cr5W2VSi。前两种相当于美国的。前两种相当于美国的Hll和和H13钢，钢，4Cr5W2VSi则由则由4C
30、r5MoSiV钢演变钢演变而来，由而来，由W2代替代替Mol。这三种钢碳的质。这三种钢碳的质量分数均为量分数均为5左右，属于中碳中铬钢。左右，属于中碳中铬钢。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） （1）4Cr5MoSiV（H11）钢）钢 H11钢是一种空冷硬化的热作模具钢，在中钢是一种空冷硬化的热作模具钢，在中温条件下具有很好的韧性，有较好的热强度、热温条件下具有很好的韧性，有较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化度条件下空淬，热处理变形小，
31、空淬时产生氧化皮倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。皮倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。H l l钢通常用于制造加工铝铸件用的压铸模、热挤钢通常用于制造加工铝铸件用的压铸模、热挤压模，穿孔用的工具，芯棒、压力机锻模以及塑压模，穿孔用的工具，芯棒、压力机锻模以及塑料模等。此外由于料模等。此外由于H l l钢具有好的中温强度，因钢具有好的中温强度，因此亦被用于制造耐此亦被用于制造耐400 500工作温度的飞工作温度的飞机、火箭等上的结构件。机、火箭等上的结构件。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 1）热加工）热加工 H11钢锻造工艺规范见表
32、钢锻造工艺规范见表3-29。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）2）预备热处理）预备热处理 锻后退火：工艺加热温度为锻后退火：工艺加热温度为860 990，保，保温温2 4 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，退火后硬以下出炉空冷，退火后硬度度229HBS。 消除应力退火工艺：加热温度为消除应力退火工艺：加热温度为730 760，保温保温3 4 h，炉冷或空冷。，炉冷或空冷。 3）淬火及回火）淬火及回火推荐淬火规范：淬火温度为推荐淬火规范：淬火温度为1000 1030，油冷，油冷或空冷，硬度为或空冷，硬度为53 55HRC。 推荐回火规范：回
33、火温度为推荐回火规范：回火温度为530 580，空冷，空冷，回火回火2次，硬度为次，硬度为47 49HRC。 表面处理规范见表表面处理规范见表3-30。淬火、回火温度与硬度。淬火、回火温度与硬度的关系分别见表的关系分别见表3-31、表、表3-32。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）4）力学性能）力学性能 不同温度回火后的性能见表不同温度回火后的性能见表3-33。4Cr5Mo
34、SiV钢的高温力学性能见表钢的高温力学性能见表3-34。 上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）（2）4Cr5MoSiVl（H13）钢）钢 4Cr5MoSiVl钢，即美国钢号（钢，即美国钢号（H13）AISI是是国际上广泛应用的一种空冷硬化热作模具钢，是引进钢国际上广泛应用的一种空冷硬化热作模具钢，是引进钢种，种，“八五八五”期间作为国家的重点推广钢种。与期间作为国家的重点推广钢种。与4Cr5MoSiV钢相比，钢相比，H13钢具有较高的热强度和硬钢具有较高的热强
35、度和硬度，在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性能和一定度，在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性。在较低的奥氏体化温度下空淬，热处理变形的耐磨性。在较低的奥氏体化温度下空淬，热处理变形小，空淬时产生氧化皮倾向小，可以抵抗熔融铝的冲蚀小，空淬时产生氧化皮倾向小，可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。该钢广泛用于制造热挤压模具、芯棒、模锻锤的作用。该钢广泛用于制造热挤压模具、芯棒、模锻锤的锤模、锻造压力机模具、精锻机用模具以及铝、铜及其锤模、锻造压力机模具、精锻机用模具以及铝、铜及其合金的压铸模。合金的压铸模。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）
36、1）热加工）热加工 H13钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-35。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 2）预备热处理，）预备热处理， 锻后退火：加热温度为锻后退火：加热温度为860 890，保温，保温3 4 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，退火后硬度以下出炉空冷，退火后硬度229HBS，组织为球化珠光体，组织为球化珠光体 + 少量碳化物。少量碳化物。 去应力退火：加热温度为去应力退火：加热温度为730 760，保温，保温3 4 h，炉冷，炉冷 3）淬火及回火）淬火及回火 淬火温度与硬度、晶粒度的关系见表淬火温度与硬度、晶粒度的关系
37、见表3-36。回火温。回火温度对室温力学性能的影响见表度对室温力学性能的影响见表3-37。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）推荐淬火规范：淬火温度为推荐淬火规范：淬火温度为1020 1050，油冷或空冷，硬度为，油冷或空冷，硬度为56 58HRC。 推荐回火规范：回火温度为推荐回火规范：回火温度为560 580，回火硬度为回火硬度为47 49HRC。 通常采用通常采用2次回火，第次回火，第2次回火温度比第次回火温度比第1次低次低20。上一页 下一页返回2.热
38、挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）3）3Cr3Mo3W2V（HM 1）钢）钢 HM l钢是在对比钢是在对比3Cr3Mo3V钢及钢及3Cr2Mo3Co3V钢性能及使用寿命后，结合我国资钢性能及使用寿命后，结合我国资源条件而研究成功的新型热作模具钢，已列入源条件而研究成功的新型热作模具钢，已列入GBT 1299-2000合金工具钢合金工具钢中。其冷加工、热加工中。其冷加工、热加工性能良好，淬火温度范围较宽，具有较高的热强性、性能良好，淬火温度范围较宽，具有较高的热强性、热疲劳性能，良好的耐磨性和耐回火性等特点，是综热疲劳性能，良好的耐磨性和耐回火性等特点，是综合性能优良
39、的高强韧性热作模具钢。合性能优良的高强韧性热作模具钢。HM l钢适合制钢适合制造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具使用寿造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具使用寿命较高，是目前国内研制的工艺性能好，使用面广，命较高，是目前国内研制的工艺性能好，使用面广，具有较广应用前景的新钢种之一。具有较广应用前景的新钢种之一。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）1）热加工）热加工 HM l钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-38。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）2）预备热处理）预备热处理 锻后
40、等温退火工艺：加热温度为锻后等温退火工艺：加热温度为860 880，保温，保温4 h；等温温度为；等温温度为720 740，保温保温6 h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，硬度以下出炉空冷，硬度255HBS。 3）淬火及回火）淬火及回火 推荐淬火规范：淬火温度为推荐淬火规范：淬火温度为1060 1130，油冷，硬度，油冷，硬度52 56HRC。表。表3-39为不同温度淬火后的硬度、晶粒度与残留奥氏体为不同温度淬火后的硬度、晶粒度与残留奥氏体量。量。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压
41、模用钢（高热强热、中合金） 回火规范见表回火规范见表3-40。回火温度与硬度的关系。回火温度与硬度的关系见表见表3-41。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 4）力学性能）力学性能 表表3-42为为HM l钢的回火稳定性。表钢的回火稳定性。表3-43为为HM l钢的高温硬度。钢的高温硬度。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）（4）3Cr3Mo3VNb（HM3）钢）钢 HM3钢是参照国外钢是参照国外H10钢和钢和3Cr3Mo系热作模具钢，结系热作模具钢，结合我国资源情况研制而成的新型高强韧性热锻
42、模具钢。其特点合我国资源情况研制而成的新型高强韧性热锻模具钢。其特点是在含碳量较低的情况下加入微量元素是在含碳量较低的情况下加入微量元素Nb，使钢具有更高的，使钢具有更高的耐回火性、热强性，有明显的回火二次硬化效果。耐回火性、热强性，有明显的回火二次硬化效果。HM3钢的钢的缺点为有脱碳倾向。生产实践表明：对于耐热钢、不锈钢及高缺点为有脱碳倾向。生产实践表明：对于耐热钢、不锈钢及高温合金等成形用模具，温合金等成形用模具，5CrNiMo钢、钢、3Cr2W8V钢和钢和4Cr5W2VSi钢都不能满足生产要求，而钢都不能满足生产要求，而HM3钢则可以使锻钢则可以使锻模的使用寿命有明显提高。模的使用寿命有
43、明显提高。HM3钢应用于热锻成形凹模、连钢应用于热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等模具上，都有良好的效果。锻模、铝合金压铸模等模具上，都有良好的效果。 HM3钢模钢模具寿命比具寿命比3Cr2W8V钢、钢、5CrNiMo钢及钢及4Cr5W2VSi钢等钢等模具提高模具提高2 10倍，可以有效地克服模具因热磨损、热疲劳、倍，可以有效地克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。热裂等引起的早期失效。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 1
44、）热加工）热加工 HM3钢锻造规范见表钢锻造规范见表3-44。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 2）预备热处理）预备热处理 等温退火工艺：加热温度为等温退火工艺：加热温度为850 870，保温，保温2 4 h；等温温度；等温温度700 720，保温，保温4 6 h，炉，炉冷到冷到550以下出炉空冷，退火后硬度以下出炉空冷，退火后硬度229HBS，组，组织为均匀细小的点状和粒状珠光体。织为均匀细小的点状和粒状珠光体。 3）淬火及回火）淬火及回火 淬火：加热温度为淬火：加热温度为1060 1090，油冷，硬，油冷，硬度为度为47 49HRC。表
45、。表3-45为淬火温度与硬度及晶粒为淬火温度与硬度及晶粒度的关系。度的关系。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 推荐的回火工艺规范见表推荐的回火工艺规范见表3-46。不同温度回火。不同温度回火后的硬度值和残留奥氏量见表后的硬度值和残留奥氏量见表3-47。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 4）力学性能）力学性能 HM3钢经钢经1080加热、油冷淬火后的硬度为加热、油冷淬火后的硬度为48.5HRC，残留奥氏体
46、的体积分数为，残留奥氏体的体积分数为9.2。由于回火。由于回火时析出时析出M2C、V4C、NbC等弥散碳化物以及残留奥氏等弥散碳化物以及残留奥氏体的转变，在体的转变，在550左右回火时出现二次硬化峰，峰值左右回火时出现二次硬化峰，峰值稍高于淬火硬度值，但断裂韧度在低谷值，因此回火宜稍高于淬火硬度值，但断裂韧度在低谷值，因此回火宜选择在选择在550以上进行。以上进行。HM3钢的常温力学性能和高温钢的常温力学性能和高温力学性能分别见表力学性能分别见表3-48、表、表3-49。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金）上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高
47、热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） （5）4Cr3Mo3SiV（H10）钢）钢 H10钢是近年来从美国引进的热作模具钢，含碳钢是近年来从美国引进的热作模具钢，含碳量为质量分数量为质量分数0.4，Cr和和Mo的质量分数均为的质量分数均为3左左右右H10钢。含有较多的钢。含有较多的Cr、Mo、V等碳化物形成元素，等碳化物形成元素，在较小截面时与在较小截面时与5CrNiMo钢具有相近的韧性，而在工钢具有相近的韧性，而在工作温度作温度500 600时具有更高的硬度，热强性和耐时具有更高的硬度，热强性和耐磨性。磨性。H10钢具有非常好的淬透性很高的韧性，回火钢具有非常好的淬透性很高的韧性，
48、回火抗力及热稳定性高于抗力及热稳定性高于H13钢，冲击韧度及断裂韧度高钢，冲击韧度及断裂韧度高于于3Cr2W8V钢，当回火温度超过钢，当回火温度超过260时，钢的硬时，钢的硬度高于度高于H13钢。钢。 4Cr3Mo3SiV（H10）钢可以制造热挤压模，热）钢可以制造热挤压模，热冲模、热锻模及塑压模等模具，主要用于铝合金压铸模。冲模、热锻模及塑压模等模具，主要用于铝合金压铸模。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 1）热加工）热加工 H10钢锻造工艺规范见表钢锻造工艺规范见表3-50。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模
49、用钢（高热强热、中合金） 2）预备热处理）预备热处理 等温退火：加热温度为等温退火：加热温度为860 900，保温，保温3 4 h；等温温度为；等温温度为710 730，保温，保温4 6 h，炉冷，炉冷至至500以下出炉空冷，硬度以下出炉空冷，硬度229HBS。 3）淬火及回火）淬火及回火 淬火温度为淬火温度为1010 1040，油冷或空冷，硬度，油冷或空冷，硬度为为50 55HRC。回火温度为。回火温度为600 620，硬度，硬度为为50 55HRC；620 640，硬度为，硬度为40 50HRC。上一页 下一页返回2.热挤压模用钢（高热强热、中合金）热挤压模用钢（高热强热、中合金） 压铸模
50、用钢用于制造压力铸造和挤压铸造模具。压铸模用钢用于制造压力铸造和挤压铸造模具。根据被压铸材料的性质，压铸模可分为锌合金压铸模、根据被压铸材料的性质，压铸模可分为锌合金压铸模、铝合金压铸模、铜合金压铸模。压铸模工作时与高温铝合金压铸模、铜合金压铸模。压铸模工作时与高温的液态金属接触，不仅受热时间长，而且受热的温度的液态金属接触，不仅受热时间长，而且受热的温度比热锻模要高、（压铸有色金属时比热锻模要高、（压铸有色金属时400 800，压铸黑色金属时可达压铸黑色金属时可达1000以上），同时承受很高以上），同时承受很高的压力（的压力（20 120MPa）；此外还受到反复加热和）；此外还受到反复加热和
