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1、第二节第二节 热作模具钢的开发情况热作模具钢的开发情况 按用途按用途热锻模用钢、热挤压模用钢、热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢压铸模用钢、热冲裁模用钢按工作温度按工作温度低耐热钢（低耐热钢（350350370370）中耐热钢（中耐热钢（550550600600）高耐热钢（高耐热钢（580580650650）一、常用的热作模具钢一、常用的热作模具钢 1、热锻模热锻模5CrNiMo5CrNiMo（大中型锻模）；（大中型锻模）；5CrMnMo5CrMnMo（小型锻模）；（小型锻模）；不不足足：用用于于更更大大截截面面或或更更高高温温度度时时，淬淬透透性性、热热稳稳定定性性、热热疲劳
2、性及耐磨性不够疲劳性及耐磨性不够。5CrNiMo2020世纪世纪3030年代。年代。低耐热、高韧性、淬透性很好；低耐热、高韧性、淬透性很好；对尺寸效应不敏感；对尺寸效应不敏感；低合金热作模具钢；低合金热作模具钢；400400以下工作可以保持较高强度；以下工作可以保持较高强度；400 400急剧下降；急剧下降；550550下降一半。下降一半。5CrMnMo为节约镍而以锰代镍；为节约镍而以锰代镍；淬透性、耐热疲劳性能比淬透性、耐热疲劳性能比5CrNiMo5CrNiMo差差；3 3吨锤以下浅型槽中小型锤锻模；吨锤以下浅型槽中小型锤锻模；部分压力机模块；部分压力机模块；500 500小型热作模具。小型
3、热作模具。2 2、压铸模、压铸模主要失效形式：主要失效形式：热疲劳；热疲劳；其次是高温塑性变形；其次是高温塑性变形；再次是再次是热熔蚀热熔蚀；最后是热磨损。最后是热磨损。牌号：牌号：3Cr2W8V3Cr2W8V；高耐热性热作模具钢；高耐热性热作模具钢；含含有有较较多多的的易易形形成成碳碳化化物物的的铬铬、钨元素钨元素；相相变变温温度度较较高高，抵抵抗抗冷冷热热交交变变的的耐热疲劳性较好；耐热疲劳性较好；不足：不足：其韧性和塑性较差；其韧性和塑性较差；热疲劳性有待提高。热疲劳性有待提高。二、新型热作模具钢二、新型热作模具钢 1 1、大截面热锻模具钢、大截面热锻模具钢 1 1）钢号）钢号45Cr2
4、NiMoVSi45Cr2NiMoVSi（简称（简称45Cr245Cr2）5Cr2NiMoVSi5Cr2NiMoVSi（简称（简称5Cr25Cr2）3Cr2MoWVNi3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi3Cr2MoVNi（代代 号号B2B2）2 2）45Cr245Cr2和和5Cr5Cr的的特点特点：淬透性高：淬透性高：既既含含有有较较高高的的CrCr和和MoMo，又又加加入入了了少少量量的的V V，使使CCTCCT曲曲线线上上的的高高温温转转变变区区上上移移，低低温温转转变变区显著右移区显著右移，提高淬透性。，提高淬透性。高温性能提高：高温性能提高：具具有有高高二二次次硬硬化化能能力力，高
5、高温温强强度度比比5CrNiMo5CrNiMo钢钢高高5050，热热稳稳定定性性高高出出100-150100-150，冲冲击击韧韧性性则则相当。相当。热热磨磨损损性性、热热疲疲劳劳性性及及抗抗热热裂裂纹扩展的能力也纹扩展的能力也强于强于5CrNiMo5CrNiMo。寿命提高：寿命提高：用用于于12000t12000t以以下下机机械械压压力力机机模模具具及及16t16t以以下下模模锻锻模模具具，模模具具的的使使用用寿寿命命是是5CrNiMo5CrNiMo钢钢制制造造的同种模具寿命的的同种模具寿命的数倍数倍。2 2、中小热锻模具钢、中小热锻模具钢问题问题模模具具的的表表面面温温度度可可达达6006
6、00以以上上，5CrMnMo5CrMnMo和和5CrNiMo5CrNiMo的的高高温温强度不能满足要求强度不能满足要求；3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢的的高高温温韧韧性性及及热热疲疲劳性能较差劳性能较差。新钢种新钢种2Cr3Mo3VNb2Cr3Mo3VNb3Cr3Mo3VNb3Cr3Mo3VNb4Cr3Mo3W4VNb4Cr3Mo3W4VNb（代号（代号GRGR）2Cr3Mo3VNb2Cr3Mo3VNb、3Cr3Mo3VNb3Cr3Mo3VNb的的特点特点 加加入入3 3MoMo，提提高高淬淬透透性性、热热稳稳定定性性、防防止止回回火火脆脆性性的的能能力。力。加加入入V V和和NbNb，细细
7、化化晶晶粒粒，降降低低过热敏感性。过热敏感性。1.1.高高温温强强度度高高、热热稳稳定定性性好好、塑塑性性韧韧性性好好、冷冷热热疲疲劳劳性性、热热磨损性能好。磨损性能好。应用应用：用于制造不锈钢：用于制造不锈钢（2Cr132Cr13）等热锻模，轴承凹）等热锻模，轴承凹模和辊锻模，效果显著。模和辊锻模，效果显著。4Cr3Mo3W4VNb4Cr3Mo3W4VNb（代号（代号GRGR）特点：特点：除除CrCr、MoMo、V V和和NbNb外外，又又加加入入了了4 4W W，高高温温强强度度和和热热稳稳定性定性进一步提高；进一步提高；且具有且具有良好冷热疲劳性能良好冷热疲劳性能。NbNb增强回火抗力及
8、热强性；增强回火抗力及热强性；与与3cr2w8v3cr2w8v钢相比，模具寿命钢相比，模具寿命均有大幅度的提高均有大幅度的提高(数倍或数数倍或数十倍十倍）。）。应用：应用：钨钼系热作模具钢钨钼系热作模具钢适适用于制造工作温度用于制造工作温度600-700C600-700C的浅型腔中小锻模的浅型腔中小锻模，也可用于，也可用于铜合金热挤压模具。铜合金热挤压模具。3 3、压铸模具钢、压铸模具钢常用材料的问题：常用材料的问题：3Cr2W8V3Cr2W8V的的冷冷热热疲疲劳劳性性能能较较差差，模具的使用寿命不高。模具的使用寿命不高。新材料：新材料：4Cr3Mo2MnVNbB4Cr3Mo2MnVNbB（代
9、号（代号Y4Y4）4Cr5Mo2MnVSi4Cr5Mo2MnVSi（代号（代号Y10Y10）（1 1）Cr3Mo2MnVNbBCr3Mo2MnVNbB（代号（代号Y4Y4）特点特点通通过过合合理理的的成成份份配配比比，使使其其在在达达到高的热强性及热稳定性；到高的热强性及热稳定性；同同时时保保持持了了良良好好的的韧韧性性和和塑塑性性，抗抗冷冷热热疲疲劳劳性性能能、使使用用寿寿命命明明显显高高于于3Cr2W8V3Cr2W8V。应应用用：铜铜合合金金压压铸铸模模、热热挤挤压压和和中中小热锻模具。小热锻模具。（2 2）4Cr5Mo2MnVSi4Cr5Mo2MnVSi（代号（代号Y10Y10）特点特点
10、具具有有抗抗冷冷热热疲疲劳劳性性能能好好、热热处处理理变变形形小小、抗抗铝铝溶溶损损性性能能好好等等优优点点，模模具具的的使使用用寿寿命命比比3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢提提高高一一倍以上。倍以上。尤尤其其是是冷冷热热疲疲劳劳抗抗力力和和裂裂纹纹扩扩展展阻阻力力方面明显优于方面明显优于3Cr2W8V3Cr2W8V锻锻造造及及退退火火工工艺艺与与3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢相相近近，但但锻锻造造温温度度范范围围宽宽，锻锻造造性能良好。性能良好。应用应用铝合金压铝合金压铸模、工作温度在铸模、工作温度在600600以下的中小热锻等模具。以下的中小热锻等模具。模具寿命普通提高模具寿命普通提高1
11、-101-10倍倍。4 4、铜、铝型材热挤压模具钢、铜、铝型材热挤压模具钢工况工况穿穿孔孔针针、底底模模等等长长时时与与高高温温铜铜坯接触、工况较苛刻。坯接触、工况较苛刻。用用3Cr2W8V3Cr2W8V或或4Cr5Mo5VSi4Cr5Mo5VSi钢钢，模模具的具的使用寿命一直较低使用寿命一直较低。4Cr3Mo2NiVNbB4Cr3Mo2NiVNbB（代号（代号 HDHD）钢：）钢：为为适适应应700700左左右右温温度度工工作作而而研研制制的新型热作模具钢；的新型热作模具钢；中耐热韧性中耐热韧性热作模具钢；热作模具钢；除除加加入入3 3MoMo外外，又又增增加加了了1 1 NiNi，进进一一
12、步步提提高高了了钢钢的的韧韧性性和和塑塑性性。因因此此，其其断断裂裂韧韧性性比比3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢高高5050，使用寿命提高一倍，使用寿命提高一倍。高温短时高温短时抗拉强度高抗拉强度高7070；冷冷热热疲疲劳劳抗抗力力和和热热磨磨损损性性能能分分别别高出高出1 1倍和倍和5050。应应用用：并并在在轴轴承承环环热热挤挤冲冲头头和和凹凹模模、汽汽门门挤挤压压底底模模、钢钢质质药药筒筒热热挤挤压压凸凸模模、铜铜合合金金管管材材挤挤压压模模和和穿孔针穿孔针上成功应用。上成功应用。4Cr3Mo2MnVNbB4Cr3Mo2MnVNbB（代号（代号Y4Y4）钢：）钢：制造制造铜合金铜合金挤压
13、模挤压模底模底模和穿孔和穿孔针针顶头顶头；模具的模具的使用寿命使用寿命也比也比3Cr2W8V3Cr2W8V钢钢制造的模具制造的模具提高一倍以上提高一倍以上。5 5、高温玻璃模具钢、高温玻璃模具钢 性能要求性能要求优优良良的的抗抗高高温温氧氧化化性性能能和和冷冷热热疲疲劳劳性能；性能；良好的耐腐蚀性能；良好的耐腐蚀性能；足够高的强度；足够高的强度；良好的抛光性能；良好的抛光性能；并要易于脱模。并要易于脱模。常用材料常用材料铸铸铁铁、合合金金铸铸铁铁或或3Crl33Crl3不不锈锈钢钢制造制造新材料：新材料：GYGY（代号）高温玻璃模具钢。（代号）高温玻璃模具钢。成分：成分：该钢是该钢是Si-Cr
14、-MoSi-Cr-Mo系预硬钢系预硬钢。性能：性能：具有良好的冷热疲劳性能；具有良好的冷热疲劳性能；优异的抗氧化性能优异的抗氧化性能，优良的抗热触，优良的抗热触性能和性能和较高的玻璃粘附温度较高的玻璃粘附温度；预硬后（预硬后（HRC35HRC35）具有良好的性能。）具有良好的性能。应用：应用：尤其适用于制造玻璃熔化或尤其适用于制造玻璃熔化或成型温度较高、表面质量要求高成型温度较高、表面质量要求高的的玻璃制品模具。玻璃制品模具。热作模具材料的选用热作模具材料的选用5 5塑料模具钢的开发情况塑料模具钢的开发情况国内发展情况：国内发展情况：滞后、到目前为止仍未成完滞后、到目前为止仍未成完整系列的钢种
15、。整系列的钢种。常用的塑料模具钢：常用的塑料模具钢：45 45、40Cr40Cr；T10AT10A、GCrl5GCrl5、CrWMnCrWMn、5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo 5CrMnMo、Cr12Cr12、Crl2MoVCrl2MoV等作补充。等作补充。新型塑料模具钢：新型塑料模具钢：（1 1）预硬化型塑料模具钢）预硬化型塑料模具钢 特点：特点：中碳低合金钢，在调质（中碳低合金钢，在调质（HRC3O-HRC3O-4040）后切削加工成型，直接使用。）后切削加工成型，直接使用。应用：应用：主要用于制造复杂、精密和长寿主要用于制造复杂、精密和长寿命的大、中型塑料模具。命的大、中型
16、塑料模具。牌号：牌号：3Cr2Mo3Cr2Mo、5CrNiMnMoVSCa5CrNiMnMoVSCa（简称（简称5NiSCa5NiSCa）、）、8Cr2MnWMoVS8Cr2MnWMoVS（简称（简称8Cr28Cr2）等。）等。工艺：工艺：预硬处理（预硬处理（850-880850-880淬火淬火+580-+580-640640回火），预硬至回火），预硬至HRC28-35HRC28-35的的硬度，然后再进行切削加工。硬度，然后再进行切削加工。应用：应用：制造制造大、中型精密塑料模具大、中型精密塑料模具，如，如电视机、洗衣机壳体等塑料模具，电视机、洗衣机壳体等塑料模具，并已获得较大量应用。并已获得
17、较大量应用。另外，也可用于制造另外，也可用于制造锌合金锌合金压铸压铸模具。模具。（2 2）时效硬化型塑料模具钢）时效硬化型塑料模具钢 钢号：钢号：10Ni3MnCuAl10Ni3MnCuAl（代号（代号PMSPMS）25CrNi3MoAl25CrNi3MoAlY20CrNi3AlMnMoY20CrNi3AlMnMo（代号（代号SM2SM2）06Ni6CrMoVTiAl06Ni6CrMoVTiAl（简称（简称0606）等。）等。特点：特点：低碳，含低碳，含NiNi、AlAl、TiTi、CuCu、MoMo等等合金元素；合金元素；固溶后硬度较低（固溶后硬度较低（HRC 32HRC 32），），易切削
18、易切削;再经低温再经低温时效处理时效处理，获得使用性，获得使用性能，模具变形很小。能，模具变形很小。应用：应用：适用于制造高精度、复杂的热塑性适用于制造高精度、复杂的热塑性模具。模具。例、例、10Ni3MnCuAl10Ni3MnCuAl，代号，代号PMSPMS工艺：工艺：经经850850士士2020固溶后，硬度固溶后，硬度为为HRC30-33HRC30-33；经；经500500左右时效后，左右时效后，弥散析出硬化相弥散析出硬化相AlAl3 3NiNi，基体硬度，基体硬度随之上升至随之上升至HRC38-43HRC38-43。具有具有优良镜面加工性能优良镜面加工性能，模具表，模具表面粗糙度可达。面
19、粗糙度可达。应用：应用：适用于制造要求适用于制造要求高镜面、高镜面、高精度高精度的各种热塑性塑料制品模的各种热塑性塑料制品模具，如光学仪器：镜片模具，磁具，如光学仪器：镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。辆灯具等塑料壳体模具。（3 3）耐蚀塑料模具钢）耐蚀塑料模具钢 性能要求：性能要求：生产聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃生产聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃塑料等的模具需耐氟、氯等卤族塑料等的模具需耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀元素气体的腐蚀;镀铬或采用耐腐蚀钢。镀铬或采用耐腐蚀钢。耐腐蚀塑料模具钢：耐腐蚀塑料模具钢：0Cr16Ni4Cu3Nb0Cr16Ni
20、4Cu3Nb（代号（代号PCRPCR）：）：马氏体沉淀硬化不锈钢：马氏体沉淀硬化不锈钢：10501050固溶（空冷）固溶（空冷）板条马板条马氏体（氏体（HRC32HRC323535）；）；480480时效、析出弥散强化相时效、析出弥散强化相CuNiCuNi，硬度上升到，硬度上升到HRC39HRC394444。耐氟、氯等离子的腐蚀性能明耐氟、氯等离子的腐蚀性能明显优于显优于17-4PH17-4PH（OCrl7Ni4Cu4OCrl7Ni4Cu4）。）。适用于制造含氯、氟或混入阻适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的燃剂的热塑性塑料的注射模具注射模具。（4 4）非调质塑料模具钢）非调质塑料模具
21、钢 非调质钢在非调质钢在锻、轧后即可达到锻、轧后即可达到预硬预硬，不需再进行调质处理。，不需再进行调质处理。为改善切削加工性能，有些钢为改善切削加工性能，有些钢中还中还添加了适量的添加了适量的P P、S S和和 Ca Ca。国内对非调质塑料模具钢的国内对非调质塑料模具钢的开开发较晚发较晚，25CrMnVTiSCaRE25CrMnVTiSCaRE（代（代号号FTFT）、）、2Cr2MnMoVS2Cr2MnMoVS和和2Mn2CrVCaS2Mn2CrVCaS即是近几年开发的即是近几年开发的新钢种。新钢种。锻、轧空冷后，锻、轧空冷后，FTFT钢钢100mm100mm圆圆钢的硬度可以达到钢的硬度可以达
22、到HRC30HRC303535。4 4国内模具钢开发与应用中国内模具钢开发与应用中存在或需要解决的主要问题存在或需要解决的主要问题 目前，我国模具新钢种的目前，我国模具新钢种的推广应用工作还存一些推广应用工作还存一些需要需要解决的问题解决的问题：（1 1）缺乏有关指导性强、实用缺乏有关指导性强、实用的技术资料的技术资料，给用户合理选择，给用户合理选择和使用新钢种带来了困难。和使用新钢种带来了困难。（2 2）除）除4Cr5MoV1Si4Cr5MoV1Si、3Cr2Mo3Cr2Mo等等个别钢种已获较大量应用外，个别钢种已获较大量应用外，一些一些性能优良的钢种的生产和性能优良的钢种的生产和应用量仍太
23、少应用量仍太少。（3 3）钢的）钢的质量不够稳定质量不够稳定。直接。直接影响了钢的性能的发挥和新钢影响了钢的性能的发挥和新钢种的推广应用。不断提高钢的种的推广应用。不断提高钢的纯净度、致密度、均匀性和质纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性，仍是今后长期努力量稳定性，仍是今后长期努力的方向。的方向。（4 4）规格单一规格单一，绝大部分是黑，绝大部分是黑皮圆钢，用户不得不另行改锻。皮圆钢，用户不得不另行改锻。品种规格多样化、产品精品化品种规格多样化、产品精品化是今后需要尽快解决问题之一。是今后需要尽快解决问题之一。（5 5）产销渠道不畅通产销渠道不畅通，用户甚，用户甚至不知道从何处购买所需的新至不知道从何处购买所需的新钢种。钢种。（6 6）尚待）尚待开发具有特殊性能开发具有特殊性能的钢的钢种，进一步完善钢种系列，如开种，进一步完善钢种系列，如开发粉末冶金模具钢，补充完善塑发粉末冶金模具钢，补充完善塑料模具钢系列，建立陶瓷、耐火料模具钢系列，建立陶瓷、耐火砖、地砖等成形模具用钢等。砖、地砖等成形模具用钢等。