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第3章 热作模具钢 3.1 热作模具钢的分类及钢号 3.2 高韧性热作模具钢 3.3 高热强性热作模具钢 3.4 高强韧性热作模具钢 3.5 热作模具钢热处理 3.6 陶瓷形精铸锻造模具及热处理 3.7 铸钢堆焊制模和电渣熔铸模具及热处理 3.1 热作模具钢的分类及钢号 3. 1. 1热作模具钢的分类 热作模具钢按用途可以分为热锻模用钢、热挤压模用钢和压铸模用钢，又可细分为锤锻模用钢、机锻模用钢、热挤压模用钢、热锻模用钢、热冲裁模用钢和压铸模用钢。 按耐热性分类可以分为高耐热性用钢、中耐热性用钢和低耐热性用钢，或按特有性能分为高韧性钢、高热强性钢和高耐磨钢。 按合金元素分类可以分为钨系热模钢、铬系热模钢、铬铂系及铬钨铂系热模钢，或按合金元素含量多少分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢。 3.1 热作模具钢的分类及钢号 表3-1列出了热作模具钢分类，可供选用时参考。由表可以看出，对每一种用途的热模钢，可以有不同性能，不同合金元素含量，而每一种钢号的热模钢，也可以用做几种用途的模具，因此对热模钢做出统一的分类相当困难。 本章对热作模具钢钢种的介绍，着重按性能特点分类来介绍，包括对高韧性热作模具钢、高热强性热作模具钢和高耐磨性热作模具钢的介绍；按用途分类来介绍，则包括对锤锻模具、热挤压模具、热剪切模具、热镦模具和压铸模具钢的介绍。 3.1 热作模具钢的分类及钢号 3. 1. 2热作模具钢标准钢号 国家标准GB 1299—1985《合金工具钢技术条件》列入了12个热作模具钢钢号，见表 3-2。 钢号分为三类，一类是原用老钢种，如5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、8Cr3等；一类是近年国内研制的新钢种，如5Cr4Mo3SiMnVAl、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4CrMnSiMoV等；另一类是引进国外通用钢种，如4Cr3MoSiV(H10)、4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)、4Cr5W2VSi(W2)等。表中还列出了一种无磁模具钢，也可用于热作模具。 3. 2 高韧性热作模具钢 这类钢主要用于各种尺寸的锤锻模、平锻机锻模和大型压力机锻模等。锻模在工作中承受很大的冲击载荷；在锻造过程中，模具型腔与很高温度的锻坯接触，模具工作面温升常达300～400 ℃，有时局部可达500～600 ℃，模具在锻打后，又受到反复冷却，即在急冷急热条件下工作；模具型腔与变形金属发生相互摩擦，即工作面受到热磨损，这就是锻模的工作条件。正是这种工作条件，要求这类模具钢应具有下列基本性能： ① 淬透性高，以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致的力学性能。 ② 冲击韧性好、热疲劳抗力高，以保证能承受冲击载荷及在急冷急热反复冲击下不至于发生龟裂。 3. 2 高韧性热作模具钢 ③ 导热性好，以保证模具型腔表面的热量尽快传导外散，降低模具的温升，有利于减少热磨损及热疲劳损伤。 ④ 较高的抗回火稳定性及高温强度，以减少热塑性变形。 ⑤ 较好的抗氧化性能和加工工艺性能。 为满足上述性能，高韧性热作模具钢中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，通常含碳质量分数ωc在0. 3%～0. 5%左右。为提高淬透性及热强性，加入少量铬、钼、钒、镍、锰、硅等，加入少量铜或钨有助于清除高温回火脆性。 常用的高韧性热模钢在合金工具钢标准中列入的有5CrNiMo、5CrMo和4CrMnSiMoV三种，试用较好的钢号有5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi和3Cr2WMoVNi等。 3. 2 高韧性热作模具钢 3. 2. 1 5CrNiMo 5CrNiMo是20世纪30年代初应用的热作模具钢，至今仍具有较广泛应用。该钢具有良好的塑性、韧性、尺寸效应不敏感。由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效应微弱，热稳定性差，高温强度低。 1. 临界点及组织特征 该钢的临界点为Ac1 730 ℃、Ac3 780 ℃和Ms230 ℃。 5CrNiMo退火组织是珠光体加少量铁素体，碳化物总体积分数不超过9%，退火组织为马氏体加少量残余奥氏体。 3. 2 高韧性热作模具钢 2. 力学性能 不同淬火、回火温度下的硬度、冲击韧度值见表3-3、表3-4。由表可见，5CrNiMo钢的硬度(以及强度)随回火温度的升高而下降；塑性及冲击韧度值，则随回火温度的升高而增加。 5CrNiMo在400 ℃以下工作可以保持较高强度，高于400 ℃时强度急剧下降，如温度升高到550 ℃时，与室温比较σb下降将近一半。 3. 工艺性能 (1)锻造。 锻坯加热温度1 100～1 150 ℃，开锻温度1 050～1 100 ℃，终锻温度800～850 ℃，砂冷或坑冷。 (2)退火。 退火工艺曲线如图3-1、图3-2所示。 3. 2 高韧性热作模具钢 (3)淬火