高耐热中韧性热作模具钢及其热处理技术

时间：2023-06-25 理论教育 版权反馈

【摘要】：高耐热中韧性热作模具钢具有高的耐磨性、淬透性和回火稳定性、较高的疲劳强度和断裂韧度，并有强烈的二次硬化效应，因其具有高的高温强度和高温硬度，因此可在600～700℃的高温下工作，其缺点是塑性、韧性和抗冷热疲劳性比中耐热中合金韧性钢低。表5-42 常用高耐热中韧性热作模具钢的化学成分注：w≤0.030%，w≤0.030%。4Cr3Mo2NiVNb钢 HD钢为新型热作模具钢、高韧性热作模具钢和空冷硬化钢，可适应在700℃左右工作的热作模具。

高耐热中韧性热作模具钢及其热处理技术

高耐热中韧性热作模具钢具有高的耐磨性、淬透性和回火稳定性、较高的疲劳强度和断裂韧度，并有强烈的二次硬化效应，因其具有高的高温强度和高温硬度，因此可在600～700℃的高温下工作，其缺点是塑性、韧性和抗冷热疲劳性比中耐热中合金韧性钢低。该类钢用于主要制造压力机镦锻模、热挤压模、压铸模以及工作温度（680～690℃）较高、高磨损条件下工作的模具等，其中70%以上用于制造压铸模，通常将该类钢称为压铸模具钢。常用高耐热中韧性热作模具钢以钨系、铬系、铬钼系和铬钨钼系热作模具钢为主，也包括一些其他合金工具钢或合金结构钢，其化学成分见表5-42。

表5-42 常用高耐热中韧性热作模具钢的化学成分

注：w（P）≤0.030%，w（S）≤0.030%。

（1）3Cr2W8V（H21）钢该钢为常用的高耐热中合金热作模具钢、莱氏体钢和常用压铸模具钢，在高温下具有较高的强度和硬度，并具有较高的回火稳定性。

1）H21钢的预备热处理工艺规范见表5-43。

表5-43 H21钢的预备热处理工艺规范

2）H21钢的淬火与回火工艺规范见表5-44。

表5-44 H21钢的淬火与回火工艺规范

3）提高H21钢模具寿命的热处理工艺见表5-45。

表5-45 提高H21钢模具寿命的热处理工艺

4）应用。3Cr2W8V钢广泛用于高温、高压力、不受冲击载荷作用的凸模、凹模，例如平锻机锻模、铜合金热挤压模、压铸模；也可以用于制作承受较大压应力、弯应力或拉应力的模具，如反挤压模及高温下受力的热剪切模。在锻造热强钢锻件时，可采用该钢代替5CrMnMo钢制作模具，模具寿命由原来不足200件提高到1000件左右。

（2）4Cr3Mo3W4VNb（GR）钢该钢为国产新型钨钼系热作模具钢，具有良好的热强性和回火稳定性。

1）预备热处理为等温退火：840～860℃×2～4h加热，炉冷至710～730℃等温2～4h，炉冷到550℃以下出炉空冷，硬度≤241HBW。

2）GR钢的淬火与回火工艺规范见表5-46。

表5-46 GR钢的淬火与回火工艺规范

注：1.要求高韧性及塑性，选用较低的淬火温度；要求高的高温强度及回火稳定性，则选用较高的淬火温度。

2.形状复杂的大型模具宜采用3次回火。

3）应用。GR钢主要用于制作高温金属热成形的热作模具，如热镦锻模、热冲裁模、热挤压模等，其寿命比3Cr2W8V钢模具提高2～5倍；可用于轴承内圈及轴承钢球热锻模、汽车气门热锻模、汽车齿轮高速锻模、纯铜热挤压模；也适用于制作温度较高、与工件接触时间长、易引起变形塌陷或热磨损失效的挤压模和热锻模，其寿命比3Cr2W8V和5CrNiMo钢提高2倍以上。

（3）4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）钢该钢是针对铜合金压铸模而研制的新型热作模具钢。与3Cr2W8V钢相比，该钢在冷热疲劳及裂纹扩展速率方面明显降低，淬透性优于3Cr2W8V钢。

1）预备热处理为等温退火：840～860℃×2～4h加热，670～690℃等温2～4h，炉冷至550℃以下出炉空冷，硬度为170～181HBW，金相组织为点状珠光体。

2）Y4钢的淬火与回火工艺规范见表5-47。

表5-47 Y4钢的淬火与回火工艺规范

3）Y4钢应用举例见表5-48。

表5-48 Y4钢应用举例(www.daowen.com)

（4）4Cr5Mo2MnVSi（Y10）钢该钢是针对铝合金压铸模的特点而研制的新型热作模具钢，也是中碳超高强度钢和空冷硬化型的热作模具钢。该钢在低于600℃以下可长期工作。其高温强度与热硬性低于3Cr2W8V钢，但该钢的冷热疲劳性能、断裂韧度和抗熔蚀性明显高于3Cr2W8V钢。

1）预备热处理为锻后等温退火：840～860℃×2～4h加热，670～690℃保温2～4h，炉冷至550℃以下出炉空冷，硬度为170～187HBW，组织为点状珠光体+少量弥散分布的亚稳定共晶碳化物。

2）Y10钢的淬火与回火工艺规范见表5-49。

表5-49 Y10钢的淬火与回火工艺规范

3）应用。Y10钢制作的铝合金压铸模具，使用寿命普遍比3Cr2W8V钢提高1倍以上，如Y10钢用于变速器上盖型芯压铸模寿命大于15万次，比3Cr2W8V钢（使用寿命3万～5万次）提高3倍以上。也适用于铝合金热挤压模，以及用于工作温度600℃的中小型热锻模等。

（5）4Cr3Mo2NiVNb（HD）钢 HD钢为新型热作模具钢、高韧性热作模具钢和空冷硬化钢，可适应在700℃左右工作的热作模具。

1）预备热处理为锻后一般退火：840～860℃×4h加热，炉冷到550℃以下出炉空冷，硬度为190～220HBW。

2）HD钢的淬火与回火工艺规范见表5-50。

表5-50 HD钢的淬火与回火工艺规范

3）离子渗氮。540℃×3h离子渗氮，NH₃流量为500L/h，炉压为530～580MPa，化合物层深度为0.19mm，扩散层深度为0.252mm，表面硬度为1050～1100HV。为了获得韧性渗氮层，采用加入氩气的办法稀释NH₃，当NH₃的体积分数为10%时，可获得无白亮层的纯扩散层。

4）应用。HD钢主要用于黑色及有色金属的热挤压模和机锻模，其寿命比3Cr2W8V钢高2倍以上。如用于制作药管热挤压凸模、铜合金管材挤压底模和穿孔针，以及热挤压轴承凸模和凹模、气门挤压底模等，使用寿命比3Cr2W8V钢高；用于制作曲柄热镦锻模，其寿命为4700～8900件，比3Cr2W8V钢提高2～3倍。

（6）4Cr3Mo2WVMn（TM）钢该钢为我国新研制的热作模具钢，与传统3Cr2W8V钢相比，提高了钢的回火稳定性、高温强度和缺口冲击强度。该钢具有较好的淬透性、较高的热强性和热疲劳性能，以及良好的耐磨性和回火稳定性。

1）预备热处理为锻后等温退火：840～860℃×4h加热，炉冷到710～730℃等温4～6h，炉冷至500℃以下出炉空冷。

2）TM钢的淬火与回火工艺规范见表5-51。

表5-51 TM钢的淬火与回火工艺规范