特殊热作模具钢以及热处理

特殊热作模具钢以及热处理

       随着现代科技迅速发展,工业技术的突飞猛进,出现了各种新的热加工方法,对模具工作温度的要求更高,工作条件也更加苛刻。因此.各种高速钢、奥氏体耐热钢、高温合金、难熔合金等,都被用于制造模具。
       奥氏体热作模具钢: 因为马氏体型热作模具钢在650ºC以上会发生碳化物的聚集长大,致使硬度、强度降低,因此为保证模具在750ºC以上能耐高温、耐腐蚀、抗氧化,研制出了奥氏体型热作模具钢。现在主要有铬镍系奥氏体钢和高锰系奥氏体钢两类。
1.高锰系奥氏体钢:此钢又分为高锰系奥氏体模具钢和高锰奥氏体无磁模具钢。(1)高锰系奥氏体模具钢 5Mn15Cr8Ni5Mo3V2和7Mn10Cr8Ni10Mo3V2是高锰系奥氏体钢,在加热和冷却过程中不发生相变,始终保持奥氏体组织,经1150~1180ºC固溶处理和700ºC时效后具有较好的综合力学性能,硬度45~46HRC,但时效软化抗力很高,直到800ºC时效,硬度仍能保持在42HRc左右,远远超过3Cr2W8V钢,其热处理工艺与室温力学性能如表4-11所示。高锰奥氏体耐热模具钢主要用于制造工作应力较高、使用温度达700一800ºC的高温热作模具,如不锈俐、高温合金、铜合金的挤压模,模具寿命比3Cr2W8V钢制模具提高4—5倍。实际应用中应先将模具预热到一450ºC,由于这类钢的塑性、韧性不高,故实际应用受到限制。   (2)高锰奥氏体无磁模具钢7Mn15Cr2A13V2WMo(7Mn15)  钢是一种高Mn—V系的无磁模具钢,7Mn15钢在任何状态下都能保持稳定的奥氏体组织,除可制作冷作模具、无磁轴承及要求在强磁场中不产生磁感应的结构件外,因其在高温下还具有较高的强度和硬度(如图4—3所示),因此,也用来制作700~800ºC下使用的热作模具。 7Mn15钢常用的热处理工艺为:1180ºC加热水淬,700ºC回火空冷。
2.铬镍系奥氏体模具钢:4Cr14Ni14W2Mo、Cr14Ni25CoV钢属于铬镍系奥氏体钢,在700ºC以下具有良好的热强性,在800ºC以下有良好的抗氧化性及耐蚀性。如4Cr14Ni14W2Mo钢在800ºC时仍有250MPa的强度,且有很好的塑性与韧性。该类钢可进行l150~1180ºC或1050~1150ºC的固溶处理,再作750ºC的时效处理,适合制造钛合金蠕变成形模具和具有强烈腐蚀性的玻璃成形模具。
       高温合金:当挤压耐热钢管时,模具型腔温度会高达900~1000ºC,用奥氏体耐热钢也不能解决问题,需要采用高温合金来制作模具,如铁基、镍基、钻基合金、常用的镍基合金中,以尼莫尼克100号热强性最高,其化学成分为:wc=0.3%,wTi=1.0%~2.0%,wCr=10%~12%,w Al=4%~6%,  wCo=28%~22%,wMo=4.5%~5.5%,wFe<2%,其余为Ni 。在900ºC时持久强度仍有150MPa,可用于制作挤压耐热钢零件或挤压铜管的凹模及芯棒。
       硬质合金硬质合金具有很高的热硬性和耐磨性,可用于制作工作温度较高的凸模或凹模中的镶块。如气阀挺杆热镦挤模,原用3Cr2W8V钢制作,模具寿命为0.5万件;改用钨钴类硬质合金YG20后,模具寿命提高到1.5万件。硬质合金还可用于制作压铸模、热切边凹模等。
(四)难熔合金:通常将熔点在1700ºC以上的金属称为难熔金属。在压铸钢铁材料时,压铸模型腔的工作温度可高达1000ºC,型腔表面受到严重的氧化、腐蚀和冲刷,常因产生严重的塑性变形和网状裂纹而失效,只能压铸几十件或几百件。因此可以来用钨、钼、铌等熔点在2600ºC 以上的难熔合全来制作压铸模的型腔。由于它们的再结晶温度高于1000ºC,可长时间在此温度之上工作。在热模钢应用较多的是钼基合金和钨基合金,其中TZM合金是钼基合金的代表,而Anviloy1150合金是钨基合金的代表    这类材料的牾是熔点很高,高温强度较高,耐热性、耐蚀性好,有优良的导热、耐热疲劳性能,不粘结熔融金属,塑性好,便于成形加工。主要用于在较高温度下工作的铜合金、钢铁树料的压铸模,也可用做钛合金、耐热钢的热挤压模等,其使用寿命远高于其他各种热作模具钢
      压铸模用铜合金 在压铸钢铁材料时,一般3Cr2W8V钢压铸模的表面接触温度在950~1000ºC左右,采用导热性高的铜合金制作的压铸模,其表面接触温度可降低到600ºC。随着模具型腔温度梯度的降低,可减少模具的应力和应变,能收到满意的效果。  常用的铜合金有铬锆钒铜(wCr=0.6%一0.8%、wZr=0.4%,w V=0.4%,其余Cu)、铬锆镁铜(wCr=0.4%、w Z r=0.15%、wMg=0.05%,其余Cu)、钴铍铜(wCo=0.5%一3%、wBe=0.4%一2%,其余Cu)等。在600ºC下这些铜合金的力学性能显著高于1000ºC下的3Cr2W8V钢,模具使用寿命比3Cr2W8V钢提高1.5—2倍。用铜合金制压铸模镶块可在980ºC淬火后冷挤成形,然后进行时效处理,型腔的表面粗糙度好,可以提高使用寿命。


资料来源:上海荔锋模具钢材有限公司


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