第三章热作模具材料[1]
白点 白点实质上是一种裂纹。 奥氏体温度较低时，H元素在奥氏体中的溶解度急剧 下降，当温度下降速度很快时，H元素就来不及扩散 到钢的表面逸出，于是就聚集在钢材内部有缺陷的 位，并由原子态变为分子态，H分子在这些部位产生 很大的压力，当压力超过了强度极限（抗拉）时就 在该处形成裂纹，即所谓的白点。
第三章热作模具材料[1]
通过上面的分析我们知道，燕尾的硬度要低于型腔 硬度，具体怎样实现这一要求？ 燕尾可采用单独回火或者自行回火的方法进行处理 ➢单独加热回火就是先将模具型腔进行回火，然后再 用电炉或者盐浴炉对燕尾部分单独加热回火。 ➢在淬火过程中，将淬入油中的模具燕尾部分提出油 面停留一段时间，依靠其自身的热量使燕尾温度升 如此反复3-5次即可，即自行回火。
第三章热作模具材料[1]
2）被加工材料与负荷 有色金属（受热小、温度低、磨损和热疲劳） 黑色金属（受热多、温度高、模具材料易软化、磨 损和热疲劳） 3）润滑以及冷却条件与负荷 ❖润滑的目的是为了减小材料与模具表面的摩擦； ❖冷却则是为了缩短生产循环时间，但模具温度波动 较大，容易造成冷热疲劳。
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
锤锻模硬度不宜太高，否则材料韧性就会下降，在 用过程中很容易出现开裂。也不宜太低，太低模具 腔容易被压坏且磨损加剧。材料硬度一般随着回火 度的升高而降低，而冲击韧性则恰好相反。因此在 择时要注意二者的平衡。 5CrMnMo： 回火温度 模具型腔：460-480℃， 硬度：42-47HRC 燕尾： 600-620℃ 硬度：35-39HRC
第三章热作模具材料[1]
1、锤锻模的工作条件
模具在工作时受到的主要负荷为冲击负荷，此外还会受 到较大压应力和拉应力的作用。成型过程在高温下进行 模具型腔温度因与坯料接触而快速升高，一般模具温度 可升高300-400℃，局部升高500-600℃，温度波动大约 200℃。模具温度升高速度很快，取出锻件后必须用水 油或者压缩空气对模具进行冷却，使工件和模具迅速冷 却，以进行下个工作循环。在这个过程中，温度变化会 造成模具上应力出现变化。此外，由于成型过程中材料 转移，坯料与模具表面之间存在强烈摩擦。
3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、 4Cr3Mo3SiV、5Cr4W5Mo2
压铸模 高热强 用钢 热模钢
中耐热模具钢 高耐热模具钢
4Cr5MoSiV1、 4Cr5W2VSi 3Cr2W8V、 3Cr3Mo3W2V
热冲裁 高耐磨 模用钢 热模钢
低耐热模具钢 8Cr3、7Cr3
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
热作模具钢的热处理
第三章热作模具材料[1]
其他类型热锻模的材料选用举例及其硬度要求
第三章热作模具材料[1]
三、热挤压模具用钢及热处理
热挤压是将炽热的金属加工成工件，在此过程中，模具要承 受哪些负荷、如何失效？
1、工作条件
✓巨大的压应力
✓拉应力
✓一定的冲击负荷（比锤锻模小得多）
第三章热作模具材料[1]
2、工作条件 1）设备与负荷 使用主要设备：热模锻压力机、锻锤和压铸机等。 ❖使用热模锻压力机，模具与被加工材料接触时间 较长，模具温度升高较大，但冲击负荷比较小。
❖使用锻锤，模具与被加工材料接触时间短，模具 温度升高较小，但冲击负荷比较大。
❖使用压铸机：模具与被加工材料接触时间长，模 具温度很高，此外模具表面受到高压、冲刷。
二、热模锻模具用钢及其热处理
❖热模锻模具在高温条件下，通过冲击力或压力使炙热 金属发生塑性变形而成型。
➢热模锻模具包括锤锻模、热模锻压力机锻模、热镦模 精锻模和高速锤锻模等。 ➢热锻模在工作时受到冲击力或压力作用，据此可以将 锻模分为2大类：以受冲击力为主的模具和以受压力为 的模具。
➢第2类模具工作情况与热挤压类似，选材参考热挤压。 在此主要讨论以受冲击为主的模具材料，即锤锻模材料
3、对热作模具材料的要求
✓良好的韧性
✓良好的耐磨性和较高的硬度——摩擦、氧化、腐蚀、氧化皮等 素均可造成模具发生严重磨损 ✓较高的热稳定性、较高的高温强度——高温下仍保持常温力 性能，否则会发生软化——塑性变形——塌陷 ✓良好的耐冷热疲劳性能——断裂（龟裂） ✓良好的导热性——维持正常工作循环，排出热量 ✓高淬透性——各处力学性能比较均匀、承受较大负荷 ✓良好的工艺性——加工方法和成本
2、失效形式 ➢塑性变形（型面坍塌etc），原因是强度不足 ➢断裂 ✓脆断----主要是存在弯曲力、拉力 ✓龟裂----主要是冷热疲劳 ✓开裂----韧性不足的表现 ➢磨损 存在磨料、粘着、氧化和疲劳等几种
第三章热作模具材料[1]
3、对材料的性能要求 ✓良好的高温强度； ✓较高的硬度和耐磨性； ✓一定的韧性（要求比锻模低）； ✓较高的冷热疲劳抗力； ✓较高的抗氧化能力； ✓高淬透性； ✓优良的加工工艺性。
第三章热作模具材料[1]
热处理 目的： 赋予材料所应当具有的使用性能，包括下述内容： ➢淬火（加热规范、淬火温度、方法、介质等） 加热规范包括加热方法、加热温度、加热速度、保 措施等 ➢回火（回火的温度、方法、介质等）。
第三章热作模具材料[1]
淬火 加热过程中采取适当的保护措施，避免工件表面出现脱 和氧化。比如在盐浴炉、箱式炉或者真空炉内将工件加 热，此外还可对工件表面进行保护，比如涂上保护剂等 淬火温度：830-850℃（5CrMnMo）
✓温升高（与坯料接触时间更长）
✓急冷急热产生的温度应力
✓摩擦大
✓弯曲
第三章热作模具材料[1]
影响温升因素
➢被挤压材料（温度）
✓铝合金
450-480℃
✓Cu、Ti合金 650-800℃
✓钢材
1100-1250℃
✓不锈钢
更高
➢工艺
反挤压、复合挤压温度升高比正挤压高。
➢毛坯尺寸
尺寸大，则温升高。 第三章热作模具材料[1]
第三章热作模具材料[1]
§3-2 热作模具钢及热处理
为了便于对模具材料进行系统分析，先对热作模 具材料进行分类。从实际生产中来看，绝大部分 的热作模具材料是热作模具钢，首先来看一下模 具钢的分类，其他热作模具材料后面再讲。
一、热作模具钢的分类 根据不同的标准有以下几种分类方法： 1、按照工艺用途来分： 热模锻模具钢、热挤压模具钢、压铸模具钢、热 冲裁模具。
第三章热作模具材料[1]
6、锤锻模材料的选用 以中、低耐热钢为主 中小型模具（<3t）：5CrMnMo、5CrNiMo 大型模具（>3t）：5CrNiMo、4CrMnSiMoV 大型重载：5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi
具体见表
第三章热作模具材料[1]
锤锻模材料选用举例及硬度要求
第三章热作模具材料[1]
成份特点
✓热作模具材料具有较高的韧性，因此含C量稍低 含C量一般在0,4-0,6％之间。含C量减少，可提高 韧性，但同时硬度会降低。
✓含有Cr、Mn、Ni、Si、Mo、W、V等合金元素。 这些元素可以明显提高淬透性、热硬性、高温强 度、热疲劳抗力等。
✓比如：Cr元素可以提高材料的淬透性、耐磨性以 及材料的抗氧化能力。W和Mo元素可提高材料的 高温强度和热疲劳抗力。具体内容可参考冷作模 具材料
第三章 热作模具材料
第三章热作模具材料[1]
Байду номын сангаас
§3-1 对热作模具材料性能要求及成份特点 热作模具是将加热的(高于再结晶温度)或高温液态的 金属进行热变形加工和压力铸造成型的模具。 热作模具种类较多，每类模具工作状态不完全相同， 分析对材料性能的要求，必须首先了解模具的工作条 件。
1、分类 1）热分离模具（热切边模、热冲裁模等） 2）热变形模具（热锻模、热挤压模） 3）压铸模（有色金属、黑色金属）
第三章热作模具材料[1]
2、失效形式
✓磨损（粘着、氧化和磨料磨损）
✓塑性变形（塌陷）
✓断裂（脆断、崩裂、燕尾开裂、表面龟裂）
3、对锤锻模材料的主要性能要求
✓高温强度
✓冲击韧性
✓耐磨性、硬度
✓冷热疲劳性能
✓导热性
✓淬透性
✓抗氧化性
✓工艺性能
第三章热作模具材料[1]
4、锤锻模材料主要钢种 可供选择的锤锻模材料不是太多，主要有 ❖5CrMnMo ❖5CrNiMo ❖4CrMnSiMoV ❖4Cr5MoSiV ❖4Cr5MoSiV1 ❖5Cr2NiMoVSi ❖45Cr2NiMoVSi（2713）
第三章热作模具材料[1]
4、典型钢种的性能特点 可供选择的热挤压用模具材料种类比较多，主要有 系、W系、Cr-Mo系、W-Mo系等，具体可以参考有 关书籍。在实际生产中真正能够良好使用的材料并 是很多，下面就介绍常用的几种材料。 1）4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1 这2种材料基本上可以划归中耐热钢，即中温性能比 较好，具体有：
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7、模具材料的锻造和热处理 模具的制造过程 1）制造工艺路线 下料---锻造---退火---机械粗加工---探伤---精加工或 成型加工---淬、回火---钳修---抛光---装配
第三章热作模具材料[1]
2）5CrNiMo和5CrMnMo的锻造和热处理规范 锻造 坯料存在成分偏析、组织偏析、C化物分布不均、大小 状不符合要求，此外晶粒较粗大，内部有很多缺陷等。 规范： 加热温度：1100-1150℃ 始锻温度：1100-1050℃ 终锻温度： 850-800℃ 锻后冷却：先缓冷至150-200℃，后空冷。（防止白点
第三章热作模具材料[1]
5、典型钢种的性能特点： 1）5CrNiMo 5CrNiMo是应用最为广泛的热作模具材料之一，特点： ➢良好的韧性和强度 ➢高耐磨性和一定的硬度 ➢良好的高温性能（在500-600℃温度下使用，性能和常 温下没有大变化）(即中、高温性能较好) ➢淬透性很好（300-400mm可以淬透） ➢冷热加工性能很好 ➢缺点是锻造之后容易出现白点