新型高温热锻模具材料---GIN439高温合金
新型高温热锻模具材料---GIN439高温合金
高温热锻模是指在高温(超过600度)下使用的锻造模具。这种模具的使用条件十分恶劣,不但要承受超高温而且还要承受高的冲击力。一般使用的热锻模材料为5CrNiMo  5CrMnMo,H13,3Cr2W8V等钢种,但是这些钢种在使用时,由于承受高温以及大应力,所以这些材料的在温度超过600度时使用情况都不是很好。   
GIN439合金是以Ni为基体,在合金中加入铝,钛以形成金属间化合物进行r’(Ni3AlTi)相沉淀强化。这样就使得该合金具有高温强度高,高温稳定性好,抗氧化性好,热疲劳性能及冲击韧性优异,特别适合制作热锻模,国外已经大批量使用该合金用作高温模具材料。  
在高温的工作环境下5CrNiMo等普通模具材料的屈服强度和抗拉强度远低于GIN439合金,而且随着温度的升高、使用时间的延长屈服强度和抗拉强度急剧降低。GIN439合金在高温下,不仅强度远高于5CrNiMo合金钢,而且随着温度的升高屈服强度和抗拉强度变化不大,并且GIN439合金在使用条件下超过1000小时抗拉强度下降小于5%。而5CrNiMo等常规模具钢材料650度高温下累计接触时间不超过8小时就已经因失效而报废。因此,温度愈高,时间愈长,他们之间的差别愈大。
表1   5CrNiMo钢与GIN439合金在不同温度下的抗拉强度比较

T/℃  σb/MPa   20℃       300℃    600℃    700℃
 
5CrNiMo        1500 Mpa  1100 MPa  MPa    ----
 
GIN439         1390 MPa  1250 MPa  1200 MPa  1000 MPa
 
表2   5CrNiMo钢与GIN439合金在650℃工作温度下使用的抗拉强度比较

t/h  σb/MPa   1 h          4 h      10 h       100h     200h      500h     1000h
 
5CrNiMo        1 MPa   1000 MPa   360 MPa    ----     ----      ----      ----
 
GIN439         1140 MPa   1140 MPa  1140 MPa  1140 MPa  1115 MPa  1155 MPa  1090 MPa

在600℃ 时GIN439的屈服强度是5CrNiMo的2.4倍,而在650℃  GIN439是5CrNiMo 的3.4倍。由于GIN439合金具有这种优良的高温强度,锻造时在温度升高到500-800℃时,GIN439不变形。   
GIN439合金的高温硬度在热锻模的工作温度范围也明显高于5CrNiMo  而且从室温至800℃,硬度保持在同一水平,与此相反5CrNiMo  从-600℃硬度几乎成直线降低。在500℃时,两种材料硬度相同,到600℃时IN439合金的硬度高于 5CrNiMo一倍以上,良好的高温硬度使GIN439合金具有良好的高温耐磨性。    
一般的热作模具钢的高温稳定性都不好,从450℃到600℃回火由于组织中碳化物球化,所以钢一直在软化,硬度不断降低,而GIN439合金为单一奥氏体钢,不存在相变。在正常热处理后,在600-700℃加热长达1000小时,组织稳定,硬度变化很小。因此5CrNiMo等热作模具钢使用过程中受锻件加热,是一个回火软化过程,材料强度不断降低,而GIN439可以保持良好的的强度性能,这一特点对于制作热锻模来说极为有利。    
热锻模在高温下工作,因此材料必须具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素。5CrNiMo钢中仅含有0.7%左右的Cr表面在高温下形成低含量的氧化膜(Fe3Cr)2O3 。这种氧化膜多孔,而且很容易被工件材料所磨掉。GIN439合金含有18%的Cr,所以在表面形成致密而且防护性良好的以Cr2O3为主的氧化膜。抗氧化良好。    
综上所述,GIN439合金非常适用于600度以上使用的热锻模、挤压垫、热挤压模、压铸模等材料。


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