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熱作模具鋼的選材

2016-6-16 22:28:58      點(diǎn)擊:

關(guān)鍵詞:模具鋼,熱作模具鋼

熱作模具鋼的選材,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。

 

目前我國錘鍛模用鋼主要鋼號為:5CrNiMo5CrMnMo4CrMnSiMoV;應(yīng)用效果較好但尚未納入標(biāo)準(zhǔn)的鋼有3Cr2MoWVNi5Cr2NiMoVSi45Cr2NiMoVSi;重型機(jī)械廠或鋼廠生產(chǎn)的其他錘鍛模用鋼有5CrNiTi4SiMnMoV5SiMnMoV5CrNiW5CrNiMoV等;國外進(jìn)口錘鍛模用鋼有55CrNiMoV6等。

 

不同類型鍛模的硬度指標(biāo)不同。

類型

模面硬度

燕尾硬度

小型鍛模

高度<250mm

41~47HRC

39~44HRC

35~39HRC

中型鍛模

高度在250~350mm

39~44HRC

37~41HRC

33~37HRC

大型鍛模

高度在350~500mm

35~39HRC

30~35HRC

特大型鍛模

高度>500mm

33~37HRC

28~35HRC

 

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,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,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。

 

對幾種熱擠壓凹模的硬度要求如下:

擠壓材料

加熱溫度

模具硬度

鋼、鈦或合金

1000

43~47HRC

銅或銅合金

650~1000

36~45HRC

鋁、鎂合金

350~500

46~50HRC

 

常用熱擠壓模具鋼的鋼號為:3Cr2W8V4Cr5MoSiV1;應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)鋼號為:3Cr3Mo3W2V5Cr4W5Mo2V5Cr4Mo3SiMnVAl4Cr5MoSiV4Cr5W2VSi等;應(yīng)用較多的其他鋼號為:4Cr3Mo3W4VTiNb3Cr3Mo3VNb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)合金和鎢鈷類和鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金等。

 

3Cr2W8V鋼是我國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:HM1RM2012AlGRCG2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4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV14Cr5W2VSi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)被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定,其次也應(yīng)考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素,以延長模具的使用壽命。

 

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而定。如何選用合適的模具材料,來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40Cr30CrMnSi40CrMo等,合金模具鋼5CrNiMo5CrMnMo4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV13Cr2W8VCrWMn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,我國常用鋁合金壓鑄模用鋼有:4Cr5MoSiV1H13)、4Cr5MoSiVH11)、3Cr2W8V及新鋼種Y10HM3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)。H13H11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1~10倍。




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