知识_热成型模具材料及其性能要求

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来源：特钢在线

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热成型模具主要包括凸模、凹模、上下模板、导柱导套、紧固连接螺钉、销钉、卸料部件等，以凸模、凹模为主要工作部件，经常接触热变形材料，直接承受热成型部件的高温变形阻力、摩擦阻力和热量，易磨损损坏，也需要重点研究和提高使用寿命。

一般情况下，凸模的损主要有以下几种形式：

(1)结构设计不合理造成的损坏，如长径比过大造成凸模断裂。

(2)因磨损造成的损坏，如凸模工作带柱面产生平行于挤压方向的索形皱纹(会导致成型件内孔粗糙度不合格)；或凸模工作带状部分和锥角严重变形(成型件尺寸精度不合格)。

凹模的损主要有以下几种形式：

(1)凹模设计不合理造成的损坏，如果凹模结构设计不合理，可能沿轴线方向产生裂纹，或因变形阻力过大而沿直径方向开裂，即在凹模内孔底部或壁上产生裂纹，使裂纹迅速膨胀。

(2)由于磨损造成的损坏，模具磨损会使成尺寸精度过差，表面质量不符合要求。

因此，模具材料在高温成型条件下应具有以下特点：

①高强度和韧性，承受高静水压力、变形抗力和冲击载荷。

②一定的红硬性、耐热疲劳性和耐磨性，以承受交变应力和预热后的温升。

③热处理性能好，切削性能好。

根据化学成分，模具材料可分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢、高速钢和钢结硬质合金等。

碳工具钢生产成本低，加工性好，热处理后硬度高，耐磨性好，用于制造尺寸小、形状简单、负荷轻的模具零件。但该钢淬火性差，淬火温度范围窄，淬火变形大，模具零件使用寿命相对较低，不适合大、中、复杂的模具零件。

低合金工具钢含有一定量的合金元素，因此，它比碳工具钢具有更高的淬火性和淬火性，具有良好的耐磨性。一般来说，淬火变形较小，因此广泛用于制造各种形状复杂、变形要求高的中小型模具。常用的低合金工具钢9Mn2V、MnCrWV、CrWMn、9CrWMn、MnSi.9SiCr、GCr15等等。齐鲁特钢购买优质锻材。

高铬工具钢常用于高合金工具钢Cr12、Cr12MoV，有铬工具钢Cr6WV。高铬工具钢具有淬火性高、耐磨性高、热处理变形小等优点，广泛应用于制造承载能力大、生产批量大、形状复杂的模具零件。然而，材料的碳化物分布不均匀，大大降低了强度，模具的边缘在工作时坍塌；此外，淬火加热温度的波动会导致组织和性能的巨大变化。Cr12MoV碳含量低，碳化物分布不均匀，强度和韧性好。中铬工具钢Cr6WV可部分替代Cr12钢。由于钢中碳含量显著降低，碳化物分布不均匀性大大提高，其冲击韧性等力学性能也大大提高Cr12钢好。但Cr6WV钢的淬透性和淬硬性比Cr12型钢差，该钢的淬火开裂倾向也较大，一般采用分级淬火或空冷，不宜直接用冷油淬火。

含铬低的空冷微变形工具钢Cr4W2MoV、Cr2Mn2S1WMoV等。Cr4W2MoV钢淬透性高，回火稳定性高，机械性能好，可替代Cr12型钢。这种钢淬火后的硬度比Cr12型钢稍低。Cr2Mn2SiWMoV钢是过分析钢，和Cr12与型钢相比，碳化物分布均匀，淬火温度低(820~840℃)、过热敏感性小，可锻性好Cr12钢。该钢淬透性高，空冷淬火变形小，Cr2Mn2SiWMoV钢具有良好的回火稳定性和机械性能，耐磨性略高于Cr12钢。Cr2Mn2SiWMoV钢的更大缺点是软化退火困难，硬度高。

常用于模具的高速钢有W18Cr4V、W6M05Cr4V2和6W6M05Cr4V。W18Cr4V钢和W6M05Cr4V2钢含有高硬度、高红硬度和高抗压强度的合金元素，但其碳化物的不均匀性水平和热处理工艺是否合理，对模具的使用寿命影响很大。W18Cr4V钢和W6M05Cr4V2钢具有优异的淬火性能，小型模具部件，一般空冷可淬火。由于钢含有大量的合金碳化物，淬火仍能在高温下保持细颗粒，具有较高的机械性能。但当奥氏体化温度过高时，由于颗粒尺寸较大，其强度和韧性较差。

钢结硬质合金以碳化物为硬质阶段，与普通硬质合金一样，具有比工具钢更高的硬度、耐磨性和刚度。同时，由于钢基体的存在，它比普通硬质合金具有更高的强度和韧性。退火软化后，材料可承受各种切割和加工，以生产形状复杂的模具零件。同时，钢结硬质合金可热处理。经过一定工艺的淬火和回火，材料具有良好的力学性能，淬火变形极小。目前，常用于模具的钢结硬质合金有GT35(碳化钛为硬相，铬钼钢为粘结相)和TLMW50(碳化钨为硬质相，铬钼钢为粘结相)等。

热模钢挤压模具更初常用3Cr2W8V为了满足热挤压的需要，除3Cr2W8V外，像4Cr5W2VSi、4Cr5MoVSi、4Cr5MoVISi和4Cr4Mo2WVSi国外通用或综合性能好的热模钢也被引入中国并应用。中国也自己开发了5Cr4W5Mo2V基体热模钢。此外，低合金钢还保留在**标准中4SiCrV和8Cr3，热挤压模具主要用于轻负荷。

3Cr2W8V过去常用于热挤压模具和热剪刀。由于钨含量高，钢种具有高热稳定性和耐磨性，但继续提高钨含量会降低钢的韧性和耐热疲劳性。3Cr2W8V碳含量增加了钢的韧性和塑性。在钢中加入铬可以获得足够的淬火性，使模具具有良好的抗氧化和耐腐蚀性。加入少量钒可以进一步提高钢的耐磨性。3Cr2W8V它具有一定的综合力学性能，过去被广泛使用，但其耐热疲劳性和导热性较差。在使用中，模具容易变形、磨损，甚至因热疲劳而失效。

4Cr5W2VSi、4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si含铬量均为5%，加入其它元素(W、Mo、V、Si)。由于铬含量高，淬火性高，大型模具淬火时也可空冷，均为冷硬化热模具钢。经过淬火和高温回火后，这种钢具有高强度和高韧性。此外，铬和硅还可以提高钢的抗氧化性和耐热疲劳性，钨和钒可以提高钢的耐磨性和热稳定性，钼代钨不仅可以提高淬火性，还可以提高韧性和耐热疲劳强度。4Cr5MoVSi和4Cr5MoVISi钢性能良好的性能，已广泛应用于制造热挤压模具、高速锤锻造模具和冲头，也用于热锻造模具。国内试用高速锻造齿轮模具、叶片锻造模具和中小型热锻造模具，效果较好。

SCr4W5Mo2V（代号RM2）它是我国开发的基体热模钢，晶粒细化、偏析小、纯度高、各向异性小。此外，它具有高温硬度和热稳定性，有利于提高模具的使用寿命。适用于工作条件差的热挤压模具和精密锻造齿轮模具。

标准中的低合金钢可用于轻负荷下的热挤压模具4SiCrV，该钢种的热稳定性低于上述钢种，但仍具有较高的强度和一定的耐热疲劳性，可用于挤压碳钢和低合金钢。

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