热作模具材料及热处理热作模具材料及热处理 ●热作模具主要用于高温条件下的金属成形，使加热的金属或金属获得所需要的形状。 ●按用途可分为热锻模、热镦模、热挤压模、压铸模和高速成形模具等。 ●通常在反复受热和冷却的条件下工作，变形加.上的时间越长，受热就越严重。模具面温升常达300—700°C之间，要求有较高的热强性、热疲劳性和韧性，常选用中碳(wc=0.3%一0.6%)合金钢来制作。 ●工作特点:热作模具是在机械载荷和温度均发生循环变化情况下工作的。 ●热作模具材料分类:按照工作温度和失效形式不同，可将热作模具材料分为低耐热高韧性钢(350一370°C)、中耐热韧性钢(550—600°C)、高耐热钢(600—650°C)等。有特殊要求的热作模具也可以采用奥氏体型耐热钢、高温合金或硬质合金，甚至是难熔合金来制造。 ●评价热作模具钢的性能指标:室温和高温使用条件下的硬度!强度!韧度等。 ●热作模具材料使用时一般有七个方面的性能要求。 热作模具钢的硬度为40—52HRC。通常模具钢的硬度取决于马氏体中的碳含量、钢的奥氏体化温度和保温时间。 应该指出的是:钢的最佳淬火温度要通过该钢的“淬火温度一晶粒度一硬度”关系曲线来选择。 马氏体中的二次硬化则与钢的合金化程度有关系，随着回火温度的升高，马氏体中的碳含量虽然降低，但如果特殊碳化物呈弥散析出并促使残余奥氏体转变成马氏体，则模具钢的高温硬度将会提高。 强度是模具整个截面或某个部位在服役时抵抗静载断裂的抗力。 在压缩条件下工作的模具，可测试其抗压强度。用拉伸试验测定一定温度 下的抗拉强度σb,和屈服点σs,一般模具不允许发生永久的塑性变形，所以要求具有高的屈服强度。而当模具钢的塑性较差时，一般不用抗拉强度而用抗弯强度σbb作为力学指标，抗弯试验产生的应力状态与许多模具工作表面所处的应力状态极其相似，能精确地反映构料的成分和组织对性能的影响。 (3)冲击韧度和断裂韧度 冲击韧度是衡量模具材料在冲击载荷作用下抵抗破断的能力。材料的冲击韧度(ak)越高，热疲劳强度也会越高。所以，应采用合理的锻造及热处理方法和工艺参数.防止碳化物偏析和晶粒粗大，减少淬火应力，提高钢的韧性。断裂韧度则表征了裂纹纹失稳扩展的抗力，对热作模具还要求具有另外一些特殊的性能。 （4）热稳定性 热稳定性表征钢在受热过程中保持组织和性能稳定的能力。通常，钢的热稳定性可用回火保温4h,硬度降到45HRC时的最高加热温度表示。对于原始硬度低的材料，也可用保温2h,使硬度降到35HRC(一般热作模具堆积塌陷失效的硬度)的最高加热温度定为该钢的热稳定性指标。 （5）回火稳定性 回火稳定性是指随回火温度的升高，材料的强度和硬度下降的快慢程度，也称为抗回大软化能力。通常以钢的“回火温度＆硬度”变化曲线表示。它与热稳定件共同表征模具在高温下的变形抗力。 （6）热疲劳抗力 热疲劳抗力表征了材料热疲劳裂纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率:热疲劳通常以20—750°C条件下反复加热冷却时所发生裂纹的循环次数或当循环定次数后测定的裂纹长度来确定。 (7)抗热磨损与抗氧化性能 抗热磨损是热作模具的重要使用性能要求，因为绝大多数锤锻模及压力机模具都因磨损而失效。国内已有单位在自制的热磨损机上进行热作模具钢的高温度损试验，收到较好的效果。由于热作模具往往在较高的温度下工作，模具工作面与空气、液态金属或其他介质接触，会发生氧化，加剧模具工作过程中的磨损，并在模具表面产生腐蚀沟，成为热疲劳裂纹的起源。因此要求模具材料具有在工作温度下的抗氧化性能。 模具的加工费用约占普通模具成本的一半以上，模具材料的工艺性好坏，直接关系到模具材料的推广和应用。 1 锻造工艺性 钢的高温强度越低，伸长率越大，材料的锻造变形抗力越小，成形工艺性越好。 2 淬火工艺性 淬火工艺性好的模具材料容易保证淬火质量，从而充分发挥材料的性能潜力，达到设计的使用寿命要求。 3 切削工艺性 切削加工费用约占模具加工成本的90%，切削加工的难易程度将直接影响钢种的推广采用。 一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理 这类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，是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的工具，锻模型腔与炽热的工件表面会产生剧烈摩擦。由于在锻造过程中，模具型腔表面与被加热到很高温度的锻坯接触，使模具表面常生温到300—400°C，有时局部可达500一600°C。锻模的截面较大而型腔形状复杂，因此要求钢具有一定的高温强度和良好的冲击韧度、高的硬度与耐磨件、耐热疲劳性好、淬透性大，并具有良好的导热性以利于散热，避免型腔表面温度过高而降低力学性能，此外还应具有良好的工艺性和抗氧化性。 为了满足上述性能，高韧性热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，碳的质量分数应控制在0.3%—0.5%，同时加入少量的Cr、Mo、V、Ni、Mn、Si等以提高淬透性及热强性，加入少量的MO、W有助于消除高温回火脆性。常用的高韧性热作模具钢有5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV三种，试用的5Cr2NiMoV及45Cr2NiMoVSi等。 5CrNiMo钢是20世纪30年代初应用至今的传统热锻模具钢，国内应用广泛。它具有很高的淬透性，如截面300mmx400mm的锻模，自820°C油淬和560°C回火后，截面各处的硬度比表面仅低10-20HBS。5CrNiMo钢的塑性、韧性良好，尺寸效应不敏感。由于碳化物形成元素含量不高，二次硬化效应弱.故热稳定性较差，热强性不高，通常在400°C以下工作可保持较高的强度，超过400°C时强度便急剧下降，模具温升到550°C时，σb与温室比较下降近一半。 5CrNiMo钢的临界点: Ac1 为730°C; Ac3为780°C; Ms为230°C。 (1 )锻造: 市场上供应的钢材存在着纤维组织，直径越大，偏析就越严重。对于制造承受高负荷或大型模具的坯料，要经过各向锻造的过程.并进行锻粗和拔长，其交替进行的次数应不少于2—3次。锻坯的加热温度为1100°C—1150°C,始锻温度为1050—1100°C,终锻温度为800—850°C, 砂冷或坑冷。 (2)退火 退火工艺曲线如图4-1和图4-2所示 图4-1 5CrNiMo钢 锻轧后一般退火工艺 ，图4-2 5CrNiMo钢锻轧后等温退火工艺 (3)淬火 经600—650°C 温度预热后加热到830—860°C，保温后油淬。5CrNiMo钢的模块如果出油温度低，容易淬裂，常在200°C左右出油，但心部未转变成马氏体的过冷奥氏体，在回火时会转变成上贝氏体组织，冲击韧度极低，寿命短。为此可采用等温处理的法，先将模具淬入150°C的油中，再转入280 —300°C硝盐浴中停留2-3h,获得“马氏体+下贝氏体+少量残余碳化物”组织，这样模具的寿命会明显提高。 (4)回火 淬火后的模具应立即移入回火炉中进行回火，回火工艺如表4- 1所示。热锻模的燕尾与模体应以不同温度回火，保证燕尾部分的韧性，避免燕尾的开裂失效。 表4-1 5CrNiMo钢的回火工艺 3.应用 很多国家在大型热锻模方面主要使用5CrNiMo钢，通用性强，大、中、小模块、深浅槽的模块均可用5CrNiM0.目前国内主要用于制造形状复杂、冲击载荷较重的大型及特大型锻模(最小边长>400mm)。 由于5CrMnMo及新钢种的研制成功，5CrNiMo的应用范围在逐渐缩小，此钢的热强性和耐磨性也不如高强度热作模具钢，故不适宜制作受冲击力大的中、小型锻模。 考虑到我国的资源情况，为节省镍而研制成的5CrMnMo钢。其强度略高于CrNiMo钢，但用锰代镍降低了其在常温及较高温度下的塑性和韧性，而且5CrMnMo钢的淬透性比5CrNiMo钢的淬透性要低，过热敏感性稍大，在高温下工作时，其热疲劳性能也较差。 5CrMnMo钢的临界点; Ac1为710°C;Ac3为760°C;MS。为220°C。 (1)锻造: 5CrMnMo钢锻造工艺参数和5CrNiMo钢相同，注意须防止模具开裂: (2)退火:等温退火加热温度为850—870°C,等温温度为680°C。退火后店硬度为197—241HBS. (3)淬火： 在加热温度为840°C—860°C时油淬，冷却至150—180°C出油并立即回火。为减少变形及开裂.淬火时最好延时冷却，即先空冷到暗红色大约740—780°C左右淬火。 (4)回火:回火工艺如友4—2所示。 表4-2 5CrMnMo钢的回火工艺 与5CrNiMo钢相比， 由于5CrMnMo钢的淬透性及韧性均较低，只适用于制造一些对强度和耐磨性要求较高，而韧性要求不甚高的各种少、小型锤锻模具及部分压力机模块(最大边长<400mm)。也可用于工作温度低于500°C的其他小型热作模具。 4CrMnSiMoV钢是原冶金部标准中推荐使用的5CrMnSiMoV钢的改进型。碳的质量分数降低了0.1%，目的是在保持原有强度的基础上提高钢的韧性。该钢无镍，但具有较高的强度、耐磨性、冲击韧度及断裂切度，其冲击韧度与5CrNiMo相近或稍低，而高温性能、抗回火稳定性、热疲劳抗力好于5CrNiMo钢，主要用于大型锤锻模和水压机锻造用模。5CrMnSiMoV钢可以代替5CrNiMo 4CrMnSiMoV钢的临界点: Ac1为792°C;Ac3为855°C; MS,为330°C (1)锻造 钢坯加热温度为1100-1140°C，始锻温度为1050-1100°C， 终锻温度> 850°C,加热的温度和时间不宜过高过长，锻后进行砂冷或坑冷。为减少脱碳现象，大型锻件应在锻后放入600°C的炉内，待温度均匀后，再冷却至150-200°C， 然后出炉空冷。 (2)退火 等温退火加热温度为840—860°C， 等温温度为700—720°C。 (3)淬火 大型锻模的淬火温度为870—900°C，中、小型锻模的淬火温度为900—930°C。 (4)回火 回火工艺如表4-3所示。 表4-3 4CrMnSiMoV钢的回火工艺 如果制作大型锻模，由于尺寸很大，淬火时的应力和变形比中、小型模具大，工作时应力分布不均匀，需要有较高的韧性，硬度选取较低。 3.应用 该钢可代替5CrNiMo钢，适用于大、中型锻模，也可用于中、小型锻模，寿命明显比5CrNiMo钢高。例如制作连杆模、前梁模、齿轮模、凸缘节模(深型模)等可提高寿命0.1—0.8倍不等，用作矫正模、弯曲模和平锻机锻模，般寿 命都比5CrNiMo高出0.5倍。 从20世纪50年代以来，我国厚度小于250mm 的模块多采用5CrMnMo钢制造，大于250mm的模块一直都用5CrNiMo钢制作。与西方国家的常用钢号相比，碳化物形成元素含量低，热稳定性差，高温强度低，钢中不含钒，淬硬性较低，抗热磨损和抗热疲劳性能差，模具寿命短。从20世纪80年代起，我国研制了类似钢号5NiCrMoV,推荐将5NiCrMoV钢用于大型、复杂形状、重载荷的锤锻模和压力机锻模。 5Cr2NiMoVSi钢主要添加了一定 量的钒和硅，将碳、镍、铬、铜等元素含量合理搭配，从而使得其高温强度大幅度提高，且具有更高的淬透性和热稳定性。 在500°C以下时，5Cr2NiMoVSi 钢的高温强度与5CrNiMo钢相近;而当高于600°时，5Cr2NiMoVSi钢的强度却高出一倍以上。热稳定性温度提高150—170°C。 对500mm x 500mm截面的锻模，心部硬度较5CrNiMo钢高出13HRC。 5Cr2NiMoVSi钢的临界点: Ac1为750°C;Ac3为874°C; Ms为243°C。 (1)锻造:始锻温度为1200°C，终锻温度为900°C,铜坯加热温度范围较宽，锻造合格车高。 (2)退火: 等温退火加热温度为800°C， 等温温度为720°C。 (3)淬火与回火:淬火、回火工艺如表4- 4所示。推荐淬火温度为960—980°C， 型腔回火温度为630—670°C， 燕尾回火温度为680—700°C。 表4一4 5Cr2NiMoVSi钢淬火、回火工艺 5NiCrMoV钢主要用于大型锻模，代替5CrNiMo钢; 5Cr2NiMoVSi钢主要用于各类压力机模具和3t锤锻模，平均使用寿命比5CrNiMo钢提高0.5—1倍。而10t的锤锻模可以选用45Cr2NiMoVSi钢，例如制造“75拖”大从动齿轮锻模，使用寿命比由德国进口的55CrNiMoV6钢模具提高0.5倍。 许多热挤压模、热镦锻模、精锻模以及锻压机、高速锤上的模具等都是在繁重的条件下工作的。这些模具工作时需较长时间与被加工的金属相接触，受热温度往往比锤锻模具要高，特别是当加工黑色金属及难熔金属时。这类模具尽管尺寸不是很大，往往比锤锻模要小，但承受着较高的应力，挤压比大的模具和细长的心棒承受的应力更高。所以要求具有高的热稳定性、比较高的高温强度和耐热疲劳性以及高的耐磨性。 中等耐磨性韧性钢，主要有5wt.%的铬型热作模具钢和铬铝系热作模具钢，含有较多的铬、钼、钒等碳化物形成元素，其韧性及耐热性介于高韧性及高热强性热作模具钢之间。我国从20世纪60年代开始引进开发这类钢号，用量逐渐扩大，现已成为主要的热作模具钢。 4Cr5MoSiV钢中WV=0.4%左右，简称H11钢，其淬透性很好，直径在150mm以下的钢材可以空冷淬硬，在中温下的热强性和耐磨性都较高，韧性较好，甚至在淬火状态下也有一定的韧性，抗热疲劳性特好，因此用H11钢制作高速锤锻模非常理想，有时也用作压铸模和挤压模。 (1)锻造:H11钢碳的质量分数为0.4%，热塑性较好，当锻制大型锻件时，先缓慢加热到750°C,再快速加热到1120—1150°C的锻造温度，减少氧化和脱碳;始锻温度为1080—1120°C， 终锻温度>850°C,锻后缓冷.并及时退火。 (2)退火:加热温度为880°C，等温温度为750°C,炉冷到500°C以下出炉空冷，获得粒状珠光体组织，退火硬度为192—235HBS,最好在可控气氛炉中进行。 (3)淬火、回火:淬火时不需预热，可直接加热到1000—1020°C油淬或分级淬火，硬度约50—52HRC, 经540—600°C回火，模具硬度在40—50HRC范围内。 该钢在200°C以上随回火温度升高，aK值下降，在500°C左右冲击韧度最低，所以应避免在500°C附近回火或进行化学热处理。 H13钢是国际上广泛应用的一种空冷硬化型热作模具钢，即美国钢号为ASTM-H13,日本钢号为JIS—SKD61, 我国在“八.五”期间将H13钢列为国家重点推广的钢种，目前国内已经有多家钢厂在生产。 H13钠比H11钢的钒含量高，其质量分数般在1%左右，热强性和热稳定性高于H11钢。具有较高的韧性和耐冷热疲劳性能，不易扩展(K▽<<K▽C）。可以制作热锻模或模腔温升不超过600°C的压铸模。H13钢的临界点: Ac1为853°C; Ac3为912°C;MS为310°C。 (1)锻造：锻造工艺参数与H11钢相同，但考虑到其内部存在着严重的碳化物偏析，要求锻造比大于4,以破碎亚稳定的共晶碳化物。 (2)退火：等温退火加热到800°C,保温2h,降温至750°C等温2-4h,炉冷到500°C出炉空冷，硬度为192—229HBS,锻后必须立即进行球化退火。 (3)淬火和回火：H13钢与H1 1钢的不同之处在于，淬火前需经二次预热，然后加热到1020—1050°C,油淬的硬度为53—55HRC;也可以采用空淬或分级淬火，经560—630°C回火， 可获得硬度40—50HRC。H13钢的回火或化学热处理温度同样要避开500°C，但不宜超过650°C。 4Cr5W2SiV钢的钒含量wv=0.6%-1.0%， 用2wt. %的钨代替1wt. %的钼，从4Cr5MoSiV1 钢演变而来，性能与H13钢颇为相似，锻造、热处理工艺参数与H13钢相近。Wcr =5%的铬系热作模具钢，在500—600°C时具有比高韧性热锻模具钢更高的硬度、热强性和耐磨性，而韧性高于3Cr2W8V等高耐热模具钢，含有硅和铬，其抗氧化性较好，是目前国内通用性较强的热作模具钢。 对于铝型材的挤压模具，采用H13钢制造的空芯模平均寿命是12t/副，平面模寿命在15t/副以上，比原用3Cr2W8V钢延长3—5倍，用于机锻模的H11和H13钢代替5CrNiMo及3Cr2W8V钢，模具寿命提高2—3倍， 用作辊锻模具，最高寿命已达5万件,比原用3Cr2W8V钢高出3倍，在轴承行业中代替3Cr2W8V制造碾压辊，寿命提高23倍。 这类钢中碳含量较低，是在国外钢号3Cr3Mo3CoV的基础上发展而来.其回火抗力及热稳定性高于5%铬系钢，冲击韧ak和断裂切度Kvc高于3Cr2W8V钢。 1.HM-1 钢(3Cr3Mo3W2V)和HM- 3钢(25Cr3Mo3VNb) HM- 1钢 是参照国外H10钢(4Cr3Mo3SiV和3Cr-3Mo系的热作模具钢，结合我国资源的特点而研制的，加入2wt. %的钨形成HM-1钢。 HM- 3钢则是在碳含量较低(wc=0.25% )的模具钢基础_上加入了微量的元素铝(WNb=0.08%一0.15%), 使钢保持高的强度和热稳定性。HM-1钢的冷热疲劳抗力比3Cr2W8V钢高得多，同时还有较高的韧性。HM—3钢在600°C以上的高温强度高于4Cr5W2SiV钢，但当试验温度低干600°C时.强度不如4Cr5W2SiV钢。 HM-1钢的临界点: Ac1 为842°C;Ac3为922°C; Ms,为373°C。HM—3钢的临界点: Ac1 为825°C; Ac3为920°C;Ms,为355°C。 (1)锻造：加热温度为1150—1180°C， 始锻温度为1120—1150°C，终锻温度≥2850°C。对HM—1 钢要求锻后必须缓冷，并及时进行退火。 (2)退火：HM— 1钢采用等温球化退火，其加热温度为870°C，等温温度为730°C,炉冷到550°C 以下出炉空冷，退火后硬度为207—225HBS。HM—3钢采用等温球化退火，其加热温度为860°C，等温温度为710°C，炉冷到550°C以下出炉空冷。 (3)淬火和回火: HM—1钢在1030—1120°C范围内淬火时，可获得52—55HRC的硬度，具体工艺可根据工件要求选用。回火温度在580—620°C之 间选择，回火二次，每次2h。HM—3钢的淬火温度为1080°C，回火温度为560—630°C,回火二次。 25Cr3Mo3VN b钢(HM-3)对 热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压模、高强钢精锻模、小型压力机锻模、铝合金压铸模等都有良好的应用。 HM-3钢模具寿命比3Cr2W8V、5CrNiMo、4Cr5W2VSi钢制模具提高2- 10倍，可有效地克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。 HM-1钢是目前国内研制的新钢种中工艺性能好、使用面广、具有广阔应用前景的高强韧性热作模具钢。HM-1钢用作轴承套圈毛坯热挤压凸模、凹模，碾压辊及辊锻模均取得显著效果，模具平均寿命达1- 2万件.最高达3万件以上，比原用3Cr2W8V、5CrMnMo钢等模具寿命普遍提高2一5倍， 高的达19多倍。该钢更适宜作为压铸模的材料，在铝压铸模等应用上取得明显效果。 2.析出硬化型热作模具钢PH钢(2Cr3Mo2NiVSi) 析出硬化热作模具钢在淬火和低温回火后的硬度约为45HRC，可以加工成模具直接使用，避免热处理淬火变形及产生表面的氧化、脱碳。模具在使用过程中表层受热升温，析出特殊碳化物MoC、VC,形成二次硬化，表而硬度可提高到48HRC,增加了高温强度和耐热性.且心部具有高的韧性。由于组织转变层很薄，因此没有变形。为了具有良好的切削加工性能，PH钠中加入了0.05% —0.12%的锆等微量合金元素，使条状MnS夹杂变成纺锤状硫化物，并使铝酸盐夹杂变成球状钙铝酸盐夹杂，从而改善了钢的横向冲击韧度及切削加工性能。PH钢的临界点: AC1为776°C，AC3为851°C,MS为672°C。 (1)锻造：始锻温度为1000—1100°C， 终锻温度≥850°C，锻后炉冷。 (2)退火：780°C 加热≤40°C/h的速度冷却到680°C后随炉冷却，退火后硬度为217—229HBS: (3)淬火及回火：淬火加热温度为990 —1020°C，截面边长≤100mm时采用空冷，截面边长大于100mm时采用油冷。在370—400°C回火一次，硬度在45HRC左右。 PH钢适用于在500—600°C范围内 工作的热锻模具，如果模具工作表面升温至525—550°C,析出硬化后的硬度值可升到48HRC,常用于制作啮合齿轮模和连杆模等，使用寿命较H11钢提高一倍。 高耐热理热作模县钢及热处 高耐热热作模具钢主要用于较高温度下工作的热顶锻模具、热挤压模具、铜及黑色金属的压铸模具、压力机模具等。其中压力铸造是在高的压力下，使熔融的金属挤满型腔而压铸成形，在工作过程中模具反复与炽热金属接触，因此要求具有较高的回火抗力及热稳定性。 属于此类的钢中应用得较多较早的有3个钢号:3Cr2W8V、5Cr4W5Mo2V(RM—2)、5Cr4Mo3SiMnVAI(012A1)钢。另外还有几个试用得较好的钢号:4Cr3MoW4VNb(GB、6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2) 、4Cr3Mo2NiVNbB (HD)、 奥氏体耐热钢等。这类钢的钨、钼含量较高，比前两类热作模具钢在高温下有更高的强度、硬度和耐磨性，组织稳定性好，但其韧性和抗热疲劳性能不及低耐热韧性热作模具钢。 3Cr2W8V钢是钨系高耐热热作模具钢的代表钢号。早在20世纪20年代开始就用于生产，由于钨含量高，在温度不小于600°C时，钢的高温强度和硬度明显要高于铬系热作模具钢。 3Cr2W8V钢的主加元素刚好是W18Cr4V高速钢的一半.因此又称为半高速钢。含钨越高，钢的热稳定性越高，耐磨性越好。铬能增加钢的淬透性，虽因冷热疲劳抗力差，在急冷、急热条件下工作时容易产生冷热疲劳裂纹而失效，但其抗回火能力较高，在550°C回火时会出现二次硬化峰，淬火温度越高，二次硬化峰值的硬度越高，热强性越好。由于W2C的析出，在650°C时，冲击韧度最低，因此高温韧性较差。 3Cr2W8V钢的临界点: Ac1为830°C， A c3为920°C,Ms,为350°C。 (1)锻造:钢坯加热温度为1130—1160°C，始锻温度为1080—1120°C，终锻温度为900—850°C，锻后先在空气中冷却到约700°C，随后缓冲(砂冷或炉冷)。 (2)退火:等温退火的加热温度为840一 880°C, 等温温度为720—740°C， 退火状态的组织为铁素体基体上分布着Fe3W3C和Cr23C6,退火硬度不大于241HBS。 (3)淬火及回火:为了提高模具的强韧性，可以采用高温淬火加高温回火工艺，即1140—1150°C淬火，650—680°C回火，适用于承受动载荷较小的模具。 对于在动载荷下工作的小模具或大型模具，可选用1050—1100°C常规淬火工艺，油淬硬度为50—54HRC,550—650°C回火两次，每次2h,回火后硬度为40—50HRC。 3.应用 3CrW8V钢在淬火加热中的脱碳变形倾向较小，热处理工艺稳定，许多中小型机械厂仍广泛应用，主要用在压力机锻模、热挤压模、缴锻模、压铸模、剪切刀上。考虑到3Cr2W8V钢的耐热疲劳性和韧性较差，有以下三种强韧化方法: (1)高温淬火、高温回火 提高淬火温度，能使合金碳化物进步溶解， 奥氏体的钨含量增加，提高淬火钢的热硬性，在晶粒不粗大的条件下使热疲劳性能得到提高。例如3Cr2W8V钢制的40Cr钢销轴热锻模在作用力1600kN的摩擦压力机上锻造，原工艺用1050—1100°C淬火，600—620°C回火. 硬度为47—49HRC，使用寿命仅500—2000件; 改用1150°C淬火660—680°C高温回火. 硬度为39—41HRC,模具寿命达7000—10000件 。 (2)贝氏体等温淬火 3Cr2W8V钢制的自行车曲柄热成形模，在3000kN摩擦压力机上工作。若用常规工艺:1080°C油淬，580—610°C二次回火，硬度为45—48HRC， 平均寿命仅4500件;改用1100°C加热， 340—350°C硝 盐浴炉等温淬火，可获得在马氏体上分布适量下贝氏体的混合组织，从而提高了裂纹扩展抗力，使模具的平均寿命提高一倍，达到9000件以上，最高达3.8万件。 (3)控制淬硬层淬火 采用高温短时间加热，或控制淬火操作，使模具表面和心部得到不同的淬火加热温度，造成不同的合金度，在随后淬火时可获得内外不同的组织。例如在1000-3000kN摩擦压力机上锻尖嘴钳.需用3Cr2W8V 钢制的热压模具，按常规工艺，硬度为46—48HRC, 模具寿命仅4000件，就会出现模腔变形塌陷或开裂，而改用高温短时加热淬火处理的模具，寿命可达32000件。 1、力学性能 该钢碳的质量分数属于比较高的，近0.5%，合金元素总的质量分数为12%，碳化物较多，以Fe3W3C为主， 因而具有较高的硬度、耐磨性、回火抗力及热稳定性，如在硬度为40HRC时的热稳定性可达700°C，但是它的碳化物分布不均匀，韧性较差。 2、工艺性能： 5Cr4W5Mo2V钢的临界点: AC1为836°C，Ac3 为893°C，MS为250°C 。 (1)锻造：加热温度为1170—1190°C，始锻温度为1120—1150°C，终锻温度≥850°C，锻后在850—600°C区间应该快冷，以避免网状碳化物的形成，在600°C以下缓冷。 (2)退火：加热温度为870°C， 等温温度为730°C,炉冷到500°C以下出炉空冷。 (3)淬火及回火:1130°C淬火并在不同温度回火后的硬度如表4-5所示。 当550°C回火时出现二次硬化峰值，700°C回 火时仍保持40.5HRC的硬度。淬火温度超过1150°C时晶粒会明显增大，超过1200°C时显著增大。 表4-5 5CR4W5MO2V的回火硬度（1130°C淬火） 3.应用 RM-2钢比3Cr2W8V钢具有较高的热强性、耐磨性及热稳定性，适于制作受热温度较高的小型热冲头、热切边模、精锻模、平锻模、压印机凸模、热挤压凸模及辊锻模等,使用寿命比3Cr2W8V钢普遍延长2—3倍，个别模具可延长10—20倍。 012AL钢是冷、热作兼用模具钢，关于该钢工艺性能及室温力学性能已在冷作模具有关章节中作了介绍，下面主要介绍其高温性能及在热作模具上的应用。 1.高温力学性能 由表46可见，012AI钢的热稳定性高于3Cr2W8V钢，说明该钢具有较高的热硬性，热疲劳性也比3Cr2W8V钢优越得多。 2.应用实例 用012AL钢制作的热作模具比3Cr2W8V钢制的模具使用寿命更长。在轴承套圈热挤压凸模及凹模上应用，寿命可提高5-7倍; 在军品壳体热挤压孟凸模上应用，寿命可提高2倍以上;在轴承穿孔凸模及碾压辊上应用，比3Cr2w8v钢提高寿命2-3倍。 表4-4 012A1钢的热稳定性 CG-2钢是在高速钢的基体钢6W6Mo5Cr4V(低碳M2钢)的基础上作适当的改进，增加Ni含量，降低W、Mo含量研制而成的冷、热兼用型基体钢。 1.力学性能 由于在钢中加入了2wt.%的Ni,提高了基体的强度和韧性，其室温及高温强度、热稳定性均高于3Cr2W8V钢，但高温冲击韧度与塑性要低于3Cr2W8V钢。 2.工艺性能 CG-2钢的临界点: AC1为737°C,AC3为822°C ,MS为1 80°C。 (1)锻造:始锻温度为1140—1160°C, 终锻温度≥950°C。此钢锻造性能稍差，要求反复镦拨三次以上，保证使碳化物均匀分布，锻后应缓冷并及时进行退火以消除应力。 (2)退火: CG2钢不易退火，故须采用球化退火，加热温度为810°C，等温温度为670°C，炉冷至400°C以下出炉空冷，退火硬度为220一240HB。 (3)淬火及回火:淬火加热温度为1100—1130°C，油冷。回火温度在630°C，回火二次，每次2h,硬度为51—53HRC。若用作冷作模具，在540°C回火二次，硬度为59—62HRC。 3.应用 CG—2钢适于制作热挤、热冲头等模具。曾在轴承套圈热挤压凸、凹模上应用过，寿命为3Cr2W8V钢凸模的2- 3倍， 热挤压盂凸模，提高近一倍，制作底板，使用寿命是3Cr2W8V钢底板的3- 6倍。 CG—2钢可用于冷作模具，制作标准件及轴承滚子的冷镦模、缝纫机零件冷镦模，比Crl2MoV 钢模具寿命明显延长。 1.力学性能 GR钢属于钨钢系热作模具钢，其中加入少量的Nb是为了增加钢的回火抗力及热强性。经大气感应炉冶炼的GR钢室温及高温力学性能如表4-7所示，热稳定性数据如表4—8所示，4Cr3Mo3W4VN b钢有比3Cr2W8V更高的屈服强度和热稳定性、冷热疲劳抗力及高温抗压强度，但是韧性较差。 表4-7 GR钢室温及高温力学性能 表4-8 4Cr3Mo3W4VNb、3Cr2W8V钢热稳定性(硬度HRC) 2.工艺性能 GR钢的临界点: AC1为821°C, AC3为880°C， Ar1为752°C，Ar3为850°C。 (1)锻造 始锻温度为1150°C,终锻温度≥900°C,锻后缓冷及时退火。 (2)退火 等温退火加热温度为850°C，等温温度为720°C，冷却到550°C以下出炉空冷。 (3)淬火及回火 淬火温度在1160—1200°C内选取，若选用的淬火温度较高，则材料的高温强度及回火稳定件也较高，反之则塑件和韧性较高。 回火温度分别取630°C和600°C，回火两次，每次2—3h,形状复杂的模具，可进行三次回火，回火后的硬度约为50—54HRC。 3.应用 GR钢主要用于制作热镦和精锻模具，已成功地应用在齿轮高速锻模具、精密锻造、轴承套圈热挤压、自行车零件及螺母热镦锻、小型机锻模、辊锻模上，与3Cr2W8V 钢相比，寿命提高数倍至数十倍，效果显著。 （六）HD钢(4Cr3Mo2NiVNbB) 随着少无切削新工艺的发展，常采用热挤压方法来加工黑色金属及铜合金等有色金属，热挤压模具的工作温度可达700°C左右，在此条件下，国内广泛使用的3Cr2W8V钢及铬系热作模具钢H13钢等的耐磨损和冷热疲劳抗力已不能满足要求，HD钢是专为适应700°C左右工作温度而研制的新型热作模具钢。 HD钢的高温力学性能:经1130°C淬火， 650°C回火后，于650°C及700°C进行测量，高温下的屈服强度、塑性和韧性如表4-9所示;经1130°C淬火，不同温度回火的抗回火热稳定性如表4-10所示，回火温度越高，HD钢比3Cr2W8V钢的硬度值越高。在相同的硬度条件下，HD钢的断裂韧度Kvc比3Cr2W8V钢高50%，在700°C 下的高温短时抗拉强度高出70%,冷热疲劳抗力高出一-倍，热磨损性能比3Cr2W8V钢高50%。 表4-9 HD钢的高温力学性能 表4-10 不同回火温度时的硬度值（1130°C加热淬火（单位：HRC） HD钢的临界点：AC1为770°C，MS为320°C。 （1）锻造：加热温度1100—1150°C，始锻温度为1000—1050°C，终锻温度为850°C。 (2)退火：加热温度为850°C，保温4h,炉冷到550°C以下出炉空冷。 (3)淬火、回火：淬火加热温度为1130°C，回火温度为650一700°C。 HD钢常用于钢质药简热挤压凸模、铜合金管材挤压底模和穿扎针、热挤压轴承环凸凹模、汽车挤压底模等，用来挤压70-1锡黄铜、10-1-1铁白铜、低碳钢、4Cr9Si2钢、GCr15钢等材料，比3Cr2W8V 钢制模具的使用寿命提高1一2倍。 (七) Y10钢(4Cr5Mo2MnV Si)和Y4钢(4Cr3Mo2MnVNbB) Y10及Y4是分别为铝合金及铜合金的压铸模而研制的新型热作模具钢，铝合金的熔点较低，约为580—740°C，Y10钢是在H13钢的基础上适当提高钒、锰、硅的含量，属于含5wt.%铬的铬系高强韧性热作模具钢。铜合金的熔点温度较高，约在850—920°C，Y4是 属于成分接近3Cr3Mo的铬铝系热作模具钢，但增加了微量元素铝和硼。 1.力学性能 Y10和Y4在冷热疲劳抗力及阻碍裂纹扩展的速率方面明显要优于3Cr2W8V钢，是比较理想的铝、铜合金的压铸模材料。用于有色金属的压铸模，可使模具的使用寿命延长1- 10倍， 也可用于热挤压模、精锻模。 2.工艺性能 Y10钢的临界点: Ac1为815°C, Ac3为893°C，MS为271°C。 Y4钢的临界点: AC1为789°C、AC3为910°C，MS为263°C。 (1)锻造与退火 两种钢的锻造及退火工艺与3Cr2W8V钢相近，锻造性能良好， 温度范围较宽，无特殊要求，退火硬度低于3Cr2W8V钢。 (2)淬火和回火 淬火温度为1020—11 20°C,回火温度为600—630°C， 可根据用途及要求进行选择。 四、特殊用途的热作模具钢及热处理 随着工业技术的日益发展，出现了各种新的热加工方法，对模具: 工作温度的要求更高，工作条件也更加苛刻。为此.各种高速钢、奥氏体耐热钢、高温合金、难熔合金等，都被用于制造模具。 1.高锰系奥氏体钢 此钢又分为高锰系奥氏体模具钢和高锰奥氏体无磁模具钢。 (1)高锰系奥氏体模具钢 5Mnl5Cr8Ni5Mo3V2和7Mn 10Cr8Ni10Mo3V2是高锰系奥氏休钢，在加热和冷却过程中不发生相变，始终保持奥氏体组织，经1150—1180°C固溶处理和700°C时效后具有较好的综合力学性能，硬度为45—46HRC，但时效软化抗力很高.直到800°C时效，硬度仍能保持在42HRc左右，远远超过3Cr2W8V钢，其热处理工艺与室温力学性能如表4-11所示。 表4-11 奥氏体钢室温力学了性能 高锰奥氏体耐热模具钢主要用于制造工作应力较高、使用温度达700 —800°C的高 温热作模具，如不锈俐、高温合金、铜合金的挤压模，模具寿命比3Cr2W8V钢制模具提高45倍。 实际应用中应先将模具预热到400—450°C,由于这类钢的塑性、韧性不高，故实际应用受到限制。 (2)高锰奥氏体无磁模具钢 7Mn15Cr2A13V2WMo(7Mn15)钢是种高Mn-—V系的无磁模具钢，7Mn1 5钢在任何状态下都能保持稳定的奥氏体组织，除可制作冷作模具、无磁轴承及要求在强磁场中不产生成感应的结构件外，因其在高温下还具有较高的强度和硬度(如图4-3所示),因此，也用来制作700—800°C下使用的热作模具。 7Mn1 5钢常用的热处理工艺为; 1180°C加热水淬，700°C回火 空冷。 图4-3 7Mn15钢的高温力学了性能（1180°C水淬、700°C回火空冷） 4Cr1 4Ni1 4W2Mo、Cr1 4Ni25CoV钢属于铬镍系奥氏体钢，在700°C以下具有良好的热强性，在800°C以下有良好的抗氧化性及耐蚀性。如4Cr14Ni14W2Mo钢在800°C时仍有250MPa的强度，且有很好的塑性与韧性。该类钢可进行1150 —1180°C或1050—1150°C的固溶处理，再作750°C的时效处理.适合制造钛合金蠕变成形模具和具有强烈腐蚀性的玻璃成形模具。 相比之下，钼基合金的热强度和持久强度较高，热导性好、热膨胀小，因此几乎不引起热裂。TZM合金的塑性较好，便于成形加工，室温脆性也较钨基合金小，但其抗变形能力有限，且力学性能的各向异性十分明显。铝基合金做压铸模具用得比较成功，主要用于铜合金、钢铁树料的压铸模，也可用做钛合金、耐热钢的热挤压模等，其使用寿命远高于其他各种热作模具钢。 常用的铜合金有铬锆钒铜(wcr=0.6%-0.8%、wzr=0.4%, wv=0.4%，其余Cu)、铬锆镁铜(wcr= 0.4%、WZr=0.15%、WMg= 0.05%， 其余Cu)、钴铍铜(wco=0.5%-3%、WBe=0.4%-2%，其余Cu)等. 在600°C下这些铜合金的力学性能显著高于1000°C下的3Cr2W8V钢，模具使用寿命比3Cr2W8V钢提高1.5—2倍。 用铜合金制压铸模镶块可在980°C淬火后冷挤成形，然后进行时效处理，型腔的表面粗糙度好，可以提高使用寿命。 第三节热作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、热锻模具钢选用及热处理工艺 1.热锻模具钢的性能要求与热处理 热锻模只是在高温、高压、高冲击载荷下工作.经常被反复加热和冷却，这就要求该模具钢应具有高的冲击韧度和断裂韧度，其ak值≥30J/cm2,高的KvC可阻止或延缓因裂纹扩展而导致模具的早期断裂失效。为防止热锻模发生早期磨损及变形，该模具钢还应有较高的高温硬度和高温强度。 由于锻模的尺寸-般都比较大， 这就要求锻模材料要有很好的淬透性，保证模具整个截面的力学性能均匀一致，同时要具有高的冷热疲劳抗力和回火稳定性，以及良好的工艺性能和抗氧化性。 求的硬度和机械加工与最终热处理工序的安排视模具的大小、形状及服役条件而定。高的硬度虽然能保证有良好的耐磨性，但对冷热疲劳比较敏感，容易引起裂纹;硬度过低，容易被压下相失去工作尺寸。对于小型的锻模(吨位<1t,锻模高度< 250mm),因模锻件冷却比较快，提高了强度，因此需要模具的型腔具有较高的耐磨性，故硬度选在40—44HRC内，若型腔浅而简单，其硬度可选在41—47HRC。 由于硬度高了不易切削加工，所以小型锻模应在机械加工完成后进行淬火和回火。中型锻模(吨位为1—3t,锻模高度为250—350mm)加 工的锻件尺寸较大，允许模具型腔有较低的硬度(38—41HRC), 此时应该把淬火、回火放在粗、精加工的中间进行为宜。大型锻模由于锻模尺寸很大(吨位>4t,锻模高度72>350mm),淬火时的应力和变形比较大，工作时应力分布不均匀，需要有较高的韧性，硬度在35—38HRC范围内为宜。大型锻模可以先进行粗加工，再进行淬火和回火，然后进行精加工成形，也可以在淬火和回火后再进行机加工。 锻模燕尾与模体需以不同温度回火，保证燕尾部分的韧性，避免燕尾开裂失效。为了降低回火脆性，锻模回火后最好采用油冷。模尾回火可在专门的平板炉上进行，将燕尾向下放在平板上，保持2.5—3.5h, 然后取下空冷或油冷也可以采用自行回火法，节省燕尾回火工艺，即将锻模回火后油冷3—5min,把模尾提出油面，停留一段时间，使温度回，然后再放入油中，再提出，反复3—5次以达到要求。 2.热锻模钢的表面化学热处理 要提高热锻模的耐热疲劳性能和耐磨性，延长模具寿命和保证锻件质量，其主要工作零件如上、下模必须进行表面硬化处理。在日本热锻模的表面硬化主要是离子氮化和镀铬，在部分欧洲国家对热锻模进行粉末渗硼则很流行。 以日本的SKD61钢制造的热段模为例(相当于H13钢)，其模具零件在550°C经20h离子氮化与未经表面处理相比.侧板凸模寿命延长约1.4倍，连接件锻模延长1.18倍，汽车曲轴锻模延长2.55倍，连杆锻模延长1.39倍，前叉锻模延长2.25倍。总的来说，热缎模经离子氮化后，在耐磨性、抗热疲劳性、脱模方便等方面均有所改善，这都是导致模具寿命提高的原因。 俄罗斯对(5CrMnMo)和5XHM钢(5CrNiMo) 制的热锻模进行的渗硼后淬火处理，可以提高模具寿命0.5—2倍。 由于锤锻模承受的冲击力较大，为降低硼化物层的崩落倾向，可以在30wt.%SiC+ 70wt. %硼砂熔融料中进行950°C、4—6h的渗硼，以获得单相的Fe2 B层(显微硬度约为1520—1650HV)，该层比FeB+ Fe2 B双相层的韧性要好。但是如果提高渗硼温度和延长渗硼时间反面会增加脆断机会。 例如，某轿车的叉形轴锻件(如图4-4所示)，在锤上模锻的工步安排为：滚压—预锻—终锻。图4—5是它的锻模图。该锻模属于小型锻模，选用4Cr5MoSiV (H11 )钢制造，模面硬度要求为40一45HRC, 经加工和淬火、回火后采用辉光离子氮化，要求氮化层深度为0.2—0.3mm。 图4-4叉形轴锻件图，图4-5叉形轴锻模，图1一滚压模膛2—终锻模膛3—预锻模膛 热挤压模具所承受的冲击载荷比热锻模小，对冲击韧度与淬透性的要求没有热锻模具钢高。但其工作时与炽热金属接触时间比热锻模长，工作表面温升可达800—850°C，反复加热、冷却导致的热疲劳损坏更为严重，因此要求挤压模具材料具有更高的室温及高温硬度和热稳定性，有较高的抗氧化能力，以减缓模具磨损失效的发生。这类模具承受着较高的应力，要求有更高的高温强度及回火抗力，防止模具产生塑性变形及推塌，推迟热疲劳开裂的发生。 为提高热挤压模具的耐磨性，常用的化学热处理方法有渗碳、渗硼、离子氮化、氮碳共渗、渗金属及复合渗等方法。 Cr2W8V钢热挤压凸模先经570°C加热、保温3h离子软氮化，再加热到900°C保温5h渗硼，随炉升温到1040° C保温2h后油淬、550° 下2h回火三次后，平均寿命可提高到0.7-1万件，最高可达4.15万件。该热挤压凸模若未经表面处理，仅能够挤压0.1一0.2万件、只经渗硼、淬火处理，也可以获得高硬度、高耐磨的表面层，使模具寿命提高1—2倍， 达0.3—0.4万件。仅渗硼层较脆，易剥落，如有氮的渗入，则可增加渗层深度，降低渗层脆性，强化过渡层，增强对表面渗硼层的支撑作用，避免渗硼层的利落。 前苏联对3X2B8(3Cr2W8V )和4X5B2C(4Cr5W2VSi)钢经过在1050°C铬钒共渗5h后，连同装试样的密封容器一起空冷，重新加热油淬(到850—920°C淬火)， 再经520—540°C、18h离子氮化，540°C、 6h退火处理后，获得12—20µm的 碳氮化合物。渗层由三层组成，分别为MN(1530—1680HV)、M2(N、C) (1450HV)、扩散层a十M7C3(850—970HV)。 经复合处理后钢的耐磨性大为提高，由于渗入了钒，提高了抗氧化性能，也使模具耐用度提高1-2倍。 例如，某厂进口的中Ø350mm单轮双槽径向连续挤压机，用来生产3A21(原LF21)铝 合金的Ø15.88mm x0.9mm薄壁圆管。连续挤压模的凸模如图4—6所示。选用4Cr5MoSiV 1(H13)钢制造，经800°C退火，1020—1050°C分级淬火后经600°C回火，硬度为42—47HRC,再进行硼氮复合渗。 图4-6铝合金连续挤压模凸模 1.热切边模具用钢及热处理 热切边模是将锻制成形的毛坯切去飞边。工作时，凸模压住锻件，由凹模切去锻坯的飞边。因凸模磨损并不严重，故要求硬度不必过高，有35—40HRC即可;凹模要求硬度较高，应为43—45HRC,以保证其耐磨性。凹模有整体式及组合式两种。整体式凹模适用于中、小型或简单的切边模;组合式凹模由两块或多块镶块组成，制造工艺简单易行，热处理变形小，不易淬火开裂，也便于调整、更换及修复使用，特别适用于大型及形状复杂的切边模。 切边模在服役过程中要承受一定的冲击载荷，在剪切过程中，凹模刃口与毛坯相摩擦，易使刃门磨损变钝，还会受热而升温。这就要求热切边模具材料应具有高的耐磨性、硬度及热硬性，一.定的强韧性以避免崩刃，以及良好的工艺性能。常用的热切边凹模材料有8Cr3、7Cr3、4CrW2Si和5CrNiMo、5CrMnMo等;热切边凸模常用的材料有8Cr3和7Cr3.其中以8Cr3钢应用最广。 8Cr3钢的退火工艺为加热温度780—800°C炉冷，硬度<255HBS;淬火及回火工艺为淬火温度820—840°C，油冷到150—200°C出油，立即回火。回火温度为470—520°C,可满足凹、凸模的性能要求。 切边凹模的刃口容易磨损，为提高其耐磨性，可在刃口部位推焊一层高耐磨、高热强的材料，也可以用等离子弧喷焊或激光熔覆一层合金粉，有钻基、镍基、铁基三种。常用的为钴基合金粉末WF111,其化学成分为: Wc =0.8%-1.2%、Wcr:=25%-30%、Ww=3.5%-4.5%、WB=1 .8%-2.2%、Wsi:=0.8%-1.2%、 WFe<5%，其余为Co.由于WF111的高温性能好，因此可将切边凹模刃口的使用寿命提高5—10倍以上。 图4-7是汽车行星齿轮热切边模，原用8Cr3钢整体结构制造，刃口易发生早期变形及磨损，模具寿命仅为0.3—0.4万件;改用镶套结构后，将压制烧结成形的YG20硬质合金刃口镶块，经精磨后镶在模体内，耐磨性显著提高，模具寿命提高到10万件以上。 图4-7 汽车行星齿轮热切边模 2. 热镦模具用钢及热处理工艺 有些端部需要局部锻粗成形的杆状零件，可采用热锻工艺，热锻的频率根据被锻件的形状和所用设备不同，选择30—60次 / min不等。对于镦锻模具用钢的性能要求，既要有较高的热强性和韧性，又要有较好的耐磨性.以防让过早的热磨损和堆塌变形，上节介绍的高耐热热作模具钢HM—1、012A1、GR、HM—3以及3Cr2W8V钢等，都可用作热檄模具。 汽车后桥半轴法兰盘的锻造终成形凹模，原用3Cr2W8V钢制造，使用寿命为2000件;对使用条件较为苛刻的平锻机热镦模采用5Cr3Mo3VNb(HM一3)钢制造，并可用离子氮碳共渗处理，以提高模具表面的耐磨性和抗粘着能力，使用寿命超过4000—6000件。 四、压铸模具材料及热处理工艺 金属压铸是机械化程度和生产效率都很高的生产方法，是先进的少无切削工艺。压铸生产可以将熔化的金属液直接压铸成各种结构复杂、尺寸精确、表面光洁、组织致密以及用其他方法难以加工的零件，如薄壁、小孔、凸缘、花纹、齿轮、螺纹、字体以及镶衬组合等零件。近年，压铸成形巳广泛应用于汽车、拖拉机、仪器仪表、航海航空、电机制造、日用五金等行业。 压铸模具是在高的压应力(30—150MPa)下将400一1600°C的熔融金属压铸成形。在成形过程中，模具周期性地与炽热的金属接触，反复经受加热和冷却作用，且受到高速喷入的金属液的冲刷和腐蚀。因此，压铸模具用钢要求有较高的热疲劳抗力、热导性及良好的耐磨性、耐蚀性、高温力学性能等。压铸模具的选材，主要是根据浇注金属的温度及种类而定。 铝合金压铸模常用钢为: 4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5MoSiV(H11)、3Cr2W8V及新钢种4Cr5Mo2MnVSi (Y10)和3Cr3Mo3VNb(HM-3)等。 例如，起重电动机铝合金壳体的挤压铸造。图4-8为PK系列3P/13型电动机壳体，壳体内部镶有硅钢片，它是经预叠压后放人模具再挤压铸造成形的。 图4-8电动机壳体 由于合金收缩包紧硅钢片使之成为一整体，所以电动机工作温度小，散热条件好，起重扭矩大，是一种节能型电动机。根据零件的形状持点，模具设计采用斜销抽芯四开模，模具结构如图4-9所示。模具工作前，用红外线板 图4- 图动机壳体的压铸模 模具的成形零件表面预热到100—120°C， 将熔炼好的铝合金液浇注到由定模块和压头组成的压铸室中。模块材料采用Cr5MoSiV1(H13)、模体材料采用45钢。铝合金压铸模的模块制造工艺流程是:锻造球化退火.粗加L-精加工一淬火、回火一钳修-抛光一离子 氮化(或离子氮碳共渗)装配。经氮化处理过的铝合金压铸模，无粘附、剥落、擦伤及腐蚀现象，压铸千余次后，表面仍光洁完好如初，脱模顺利。在使用过程中若间隔进行2—3次离子氮化， 可再延长50%的使用寿命。 日本采用硼氨共渗法将铝合金压铸模的工件放在真空度为13.3Pa的炉子内，通人氮气、氢化硼和氢气至1.33x103Pa,气体比例为N2：B7H6：H2=20:10:70,以工件为阴极，炉子为阳极，辉光放电共渗800°C、2h。经此工艺处理后，因为氮与硼向工件表面扩散，形成氮化硼渗层，具有良好的耐烧伤性，没有铝合金粘附现象，使用寿命可提高4倍。 由于铜液温度较高，且热导性极好，工件传递给模具的热量多，且快，常使模具型腔在极短时间即可升到较高温度，然后又很快降温，产生很大的热应力。这种热应力的反复作用，促使模具型腔表而产生冷热疲劳裂纹，并会造成模具型腔的早期开裂。因此，铜合金压铸模的寿命远比铝合金及锌合金压铸模的寿命低。因而要求铜合金压铸模具材料具有高的热强性、热导性、韧性、塑性，高的抗氧化性、耐金属侵蚀性及良好的加工工艺性能。 国内仍大量采用3Cr2W8V钢制造铜合金的压铸模具，也有的用铬铝系热作模具钢。近年来，我国研制成功的新型热作模具钢Y4(4Cr3Mo2MnVNbB).其抗热疲劳性能明显优于3Cr2W8V钢:3Cr3Mo3V钢模具的使用寿命也比3Cr2W8V钢模具高。铜合金压铸模可进行离子氮化表面处理，Y4钢氮化后，表面硬度可达990HV,能避免铜合金的粘模现象。 压铸模常用的材料仍为3Cr2W8V钢，但因该钢的热疲劳抗力差，因此使用寿命很低。目前国内外均趋向于使用高熔点的钼基合金及钨基合金制造铜合金及黑色金属压铸模，其中TZM及Anviloy1150两种合金受到普遍重视。采用热导性好的合金，如铜合金制造黑色金属压铸模，也收到了满意的效果。表4-12为几种黑色金属压铸模具材料.主要是铜合金材料。 表4-12 几种黑色金属压铸模具材料化学成分(质量分数) 瑞典SSAB钢铁集团研发的颠覆性全新概念预硬工具钢，预硬至45—48HRC无需热处理，极少的碳化物析出和极少的残留奥氏体，几乎没有应力，瑞典皇家工学院堪称韧性与硬度的完美结合，具有超高的韧性和尺寸稳定性，高温性能非常优秀，极其适合热作环境应用。
来源：热处理生态圈
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