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热作模具的选材【荣成华金属】
热作模具的选材，应根据模具具体工作条件、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来选择。
一、热锻模的选材
热作模具的选材 热锻模具的工作条件是在高温、高压、高冲击下，并常常要反复加热和冷却。因此，模具材料应具有一定的高温屈服强度，高的冲击韧度和断裂韧度。由于锻模尺寸一般都较大，模具材料还应有很好的淬透性，高的热疲劳抗力和回火稳定性。
目前我国锤锻模用钢主要钢号为：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV；应用效果较好但尚未纳入标准的钢有3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi；重型机械厂或钢厂生产的其他锤锻模用钢有5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnMoV、5CrNiW、5CrNiMoV等；国外进口锤锻模用钢有55CrNiMoV6等。
不同类型锻模的硬度指标不同。
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类型 |
模面硬度 |
燕尾硬度 |
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小型锻模 高度＜250mm |
41~47HRC或 39~44HRC |
35~39HRC |
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中型锻模 高度在250~350mm |
39~44HRC或 37~41HRC |
33~37HRC |
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大型锻模 高度在350~500mm |
35~39HRC |
30~35HRC |
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特大型锻模 高度＞500mm |
33~37HRC |
28~35HRC |
其他热锻模材料的选用与热挤压模用钢相同，工作时受热温度更高，受热时间更长，工作负荷更大。其他热锻模是指热镦模、精锻模和高速锻模。
二、热挤压模常用材料及选用原则
热作模具的选材 热挤压模具由于受到的冲击载荷比热锻模小，对冲击韧度，淬透性的要求不如热锻模高。但工作时炽热金属接触的时间比热锻模长，最高温度可达800~850℃，由于反复加热冷却而引起的热疲劳现象也比较严重。
对几种热挤压凹模的硬度要求如下：
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挤压材料 |
加热温度 |
模具硬度 |
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钢、钛或合金 |
1000℃ |
43~47HRC |
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铜或铜合金 |
650~1000℃ |
36~45HRC |
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铝、镁合金 |
350~500℃ |
46~50HRC |
常用热挤压模具钢的钢号为：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1；应用较多的标准钢号为：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等；应用较多的其他钢号为：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情况下，有时会应用奥氏体型耐热钢、镍基合金、硬质合金和钨钴类和钨钛钴类硬质合金等。
3Cr2W8V钢是我国最常用的黑色和有色金属及合金的热挤压模用钢。新型热挤压模用钢为：HM1、RM2、012Al、GR、CG2等，它们既有较高硬度、强度，又有较高韧性，在热挤压模上应用效果较好。
铬系热挤压模用钢如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi等适于制作急冷急热条件下工作的模具。当挤压耐热钢管时，模具温度可高达900~1000℃，需采用高温合金制作模具；工作温度较高的凸模或凹模，可以采用硬质合金镶块模。
选择热挤压模材料时，主要应根据被挤压金属的种类及其挤压温度来决定，其次也应考虑到挤压比、挤压速度和润滑条件等因素，以延长模具的使用寿命。
三、压铸模常用材料及选用原则
压铸模具的选材，主要依据浇注金属的温度及种类而定。如何选用合适的模具材料，来提高压铸模具的使用寿命，尤其是高熔点的金属。压铸温度越高，压铸模的损坏就越快。
⑴锌合金压铸模
锌合金的熔点为400~430℃，锌合金压铸模型腔的表层温度不会超过400℃。由于工作温度较低，故除常用模具钢外，也可采用合金结构钢制造模具，甚至可采用低碳钢（如20钢），经中温固体碳氮共渗、淬火、低温回火，使用效果也很好。
常用于制造锌合金压铸模具的材料为：合金结构钢40Cr、30CrMnSi、40CrMo等，合金模具钢5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。
⑵铜合金压铸模
铜合金压铸模的工作条件极为苛刻，铜液温度通常为870~940℃，模具型腔受到高温铜液的反复冲刷，促使模腔表面产生冷热疲劳裂纹（龟裂），寿命远比铝合金压铸模短；因此，铜合金压铸模应具有较高的热强性、导热性、韧性、塑性、高的抗氧化性、耐蚀性及良好加工工艺性能。
国内仍大量采用3Cr2W8V钢制造铜合金压铸模，也有的用铬钼系热作模具钢。近几年研制成功的新型热作模具钢Y4，应用于制造铜合金压铸模具取得较满意效果，Y4钢抗热疲劳性能明显优于3Cr2W8V钢。国外已采用加钴的钨系高热强模具钢、钨基合金、钼基合金等，使用效果比3Cr2W8V钢好。因钨、钼价格昂贵，在我国难以推广应用。
⑶铝合金压铸模
铝合金熔液的温度通常在650~700℃左右，压铸模模腔表面受高温高速铝液的反复冲刷，产生较大的应力，模具受到液态铝合金的熔损粘蚀作用。因此，铝合金压铸模的寿命长短，要重点考虑是否发生粘模和模腔早期干裂。
目前，我国常用铝合金压铸模用钢有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、3Cr2W8V及新钢种Y10和HM3等。
3Cr2W8V钢的回火抗力和热稳定性能最好，具有足够高的耐热性，但冷热疲劳抗力最差，容易在模具型腔表面出现冷热疲劳裂纹（龟裂）。H13和H11钢的回火抗力及热稳定性稍次于3Cr2W8V钢，但冷热疲劳抗力比3Cr2W8V钢高得多。用H13钢制造的铝合金压铸模，寿命远长于3Cr2W8V钢制造的模具。
热作模具的选材 新钢种Y10钢是在H13钢基础上研制的新型铝合金压铸模用钢，除耐热性能比3Cr2W8V钢稍差外，其他力学性能如冲击韧度、断裂韧度。物理性能如热导率、热胀系数。工艺性能如热处理变形性能、热疲劳抗力以及红硬性能，均优于3Cr2W8V钢。Y10钢应用于铝合金压铸模具，使用寿命可延长1~10倍。
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