熱作模具鋼的性能及熱處理規(guī)范課件

課題二熱作模具鋼的性能及熱處理規(guī)范課題二1.1下一頁返回知識點◎掌握熱作模具鋼的材料性能；◎掌握熱作模具鋼的熱處理規(guī)范。技能點◎熱作模具鋼的熱處理規(guī)范

。1.1下一頁返回知識點一、任務(wù)導(dǎo)入：案例1：轉(zhuǎn)向節(jié)熱鍛模（如圖如3-1所示），模具材料為5CrNiMo鋼，模具尺寸為700mm×675mm×400mm，生產(chǎn)批量：大批量，技術(shù)要求：鍛模模面硬度為36～39HRC，燕尾硬度為28～33HRC。要求掌握該模具的熱處理規(guī)范。上一頁下一頁返回

圖3-1轉(zhuǎn)制節(jié)熱鍛模簡圖一、任務(wù)導(dǎo)入：案例1：上一頁下一頁返回一、任務(wù)導(dǎo)入：案例2：鋁合金圓管擠壓模（如圖3-2所示），生產(chǎn)3A21（原LF21）鋁合金Φ15.8mm×0.9mm的薄壁圓管，生產(chǎn)批量：大批量，模具材料為4Cr5MoSiV1（H13）。技術(shù)要求：擠壓模硬度為42～47HRC，硼氮復(fù)合滲。要求掌握該模具的熱處理規(guī)范。上一頁下一頁返回

圖3-2鋁合金擠壓模凸模一、任務(wù)導(dǎo)入：案例2：上一頁下一頁返回圖3-2鋁合金

二、專業(yè)知識：1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）；2．熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）；3．壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）；4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）

；上一頁下一頁返回二、專業(yè)知識：1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）；上一頁下1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

熱鍛模是在高溫下通過沖擊力或壓力使熾熱的金屬坯料成形的模具，包括錘鍛模、壓力機鍛模、熱鐓模、精鍛模和高速鍛模等，其中錘鍛模最有代表性。熱鍛模用鋼主要用于各種尺寸的錘鍛模、平鍛機鍛模、大型壓力機鍛模等。熱鍛模在工作中受到高溫、高壓、高沖擊負荷的作用。模具型腔與高溫金屬坯料（鋼鐵坯料約1000~1200℃）相接觸產(chǎn)生強烈地摩擦，使模具本身溫度高達400~600℃；鍛件取出后模腔還要用水、油或壓縮空氣進行冷卻，如此受到反復(fù)加熱和冷卻，使模具表面產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。錘鍛模的失效方式主要是，在交變的熱應(yīng)力作用下，模具表面產(chǎn)生網(wǎng)狀或放射狀的熱疲勞裂紋，以及模腔磨損或嚴重偏載、工藝性裂紋導(dǎo)致模具開裂。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）熱鍛模是在高溫下通過沖擊力1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）因此，熱鍛模應(yīng)具有較高的高溫強度和韌性，良好的耐磨性和耐熱疲勞性，由于錘鍛模尺寸比較大，還要求錘鍛模用鋼具有高的淬透性。由于熱鍛模的工作條件較惡劣，因此要求熱鍛模具鋼應(yīng)具有下列基本性能：1）淬透性高，以保證熱鍛模具沿整個截面具有均勻一致的力學(xué)性能。2）沖擊韌性好，熱疲勞抗力高，以保證能承受沖擊載荷及在急冷急熱反復(fù)熱沖擊下，不致于發(fā)生龜裂。3）導(dǎo)熱性好，以保證熱鍛模具型腔表面的熱量盡快傳導(dǎo)外散，降低模具的溫升，有利于減少熱磨損及熱疲勞損傷。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）因此，熱鍛模應(yīng)具1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

4）較高的抗回火穩(wěn)定性及高溫強度，以減少熱塑性變形。5）較好的抗氧化性能和加工藝性能。為滿足上述性能，熱鍛模具鋼中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，通常碳質(zhì)量分數(shù)ωc在0.3％~0.5％左右，為提高淬透性及熱強性加入少量鉻、鉬、釩、鎳、錳、硅等，加入少量鉬或鎢有助于清除高溫回火脆性。常用的熱鍛模用鋼主要有：5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV等，此外還有國內(nèi)近年來研制的新鋼種，如4SiMnMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi等。其中45Cr2NiMoVSi是應(yīng)用比較成熟的高強韌大截面錘鍛模具鋼。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）4）較高的抗回火穩(wěn)定性1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

（1）5CrMnMo鋼5CrMnMo鋼是傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼，鋼中加入Cr可以提高淬透性、高溫強度和抗氧化能力；加入Mo主要是為了抑制回火脆性，提高耐回火性。該鋼與5CrNiMo鋼的各種性能類似，是在考慮我國資源情況的基礎(chǔ)上，為節(jié)約鎳而以錳代鎳研制的，淬透性稍差，高溫工作時的耐熱疲勞性也低于5CrNiMo鋼。5CrMnMo鋼適用于制造要求較高強度和高耐磨性的各種類型鍛模（邊長≤400mm）。要求韌性較高時，可以采用電渣重熔鋼。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）（1）5CrMnMo鋼上1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

1）熱加工5CrMnMo鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-16。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

2）預(yù)備熱處理①一般退火：加熱溫度為760~780℃保溫2~4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS。②鍛后等溫退火：加熱溫度為850~870℃，保溫2~4h；爐冷至680℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS。③鍛模翻新退火：加熱溫度為720~740℃，保溫2~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

3）淬火及回火①推薦淬火、回火規(guī)范分別見表3-17、表3-18。回火用途為消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸。常溫力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系見表3-19。②高溫淬火、回火工藝。高溫淬火可以獲得細致的板條狀馬氏體，強韌性較好，但超過900℃加熱淬火，沖擊韌度等性能開始下降。生產(chǎn)實踐證明：高溫淬火后模具的使用壽命都有了不同程度的提高。高溫淬火溫度為890~900℃，油冷，硬度為61.5HRC?；鼗饻囟葹?20~550℃，回火2次。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）3）淬火及回火上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

③等溫淬火加熱溫度為840~860℃，加熱后將模具放于160~180℃硝鹽中分級停留，使之發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，然后再轉(zhuǎn)入280~300℃硝鹽中保溫停留2~3h。加熱溫度為840~860℃，淬入油中，待模具表面冷到150~200℃時，帶溫轉(zhuǎn)入等溫槽，在280~300℃保溫2~3h。采取以上兩種淬火方法后，模具鋼的組織為馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體，回火后獲得回火下貝氏體組織。這種工藝減少了模具的使用過程中的開裂，提高了模具的使用壽命。

上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）③等溫淬火上一頁下一頁返1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

（2）5CrNiMo5CrNiMo鋼和5CrMnMo鋼一樣都是傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼，但5CrNiMo鋼具有十分良好的韌性，同時具有良好的強度和高耐磨性，室溫力學(xué)性能與500~600℃時幾乎相同，在加熱到500℃時，仍能保持300HBS左右的硬度。由于5CrNiMo鋼中含有Mo，因而對回火脆性并不敏感，但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效應(yīng)微弱，所以熱穩(wěn)定性不高。5CrNiMo鋼具有十分良好的淬透性。300mm×400mm×300mm的大塊鋼料經(jīng)820℃油淬和560℃回火后，斷面各部分的硬度幾乎一致。5CrNiMo鋼多用來制造大、中型鍛模。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）（2）5CrNiMo上一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工5CrNiMo鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-20。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工上一頁下一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

5CrNiMo鋼在空氣中冷卻即能淬硬，并易形成白點，因此鍛造后應(yīng)緩慢冷卻。對于大型鍛件，必須放到600℃的爐中，待溫度一致以后，再緩慢冷卻到150~200℃，然后再在空氣中冷卻。對于較大的鍛件，建議在冷卻到150~200℃以后，立即進行回火加熱。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）5CrNiMo鋼在空氣中1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

2）預(yù)備熱處理①鍛后退火：加熱溫度為760~780℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS，組織為珠光體+鐵素體。②鍛后等溫退火：加熱溫度為850~870℃，保溫4~6h；等溫溫度680℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS；組織為珠光體+鐵素體。③鍛模翻新退火：加熱溫度為710~730℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷。退火后硬度為197~241HBS。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

3）淬火及回火①淬火規(guī)范見表3-21。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）3）淬火及回火上一頁下一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②回火規(guī)范見表3-22。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②回火規(guī)范見表3-221．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）回火后均需油冷，以防回火脆性的產(chǎn)生，為了消除油冷時產(chǎn)生的應(yīng)力，可在160~180℃再回火一次。特別注意5CrNiMo、5CrMnMo這兩類鋼無論淬火還是回火都不能在油中冷到室溫，否則容易開裂。表3-23為淬火、回火溫度對5CrNiMo鋼沖擊韌度的影響。表3-24為淬火、回火溫度對硬度的影響。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）回火后均需油冷，以防回火1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

③高溫淬火、回火工藝。近年來研究表明：隨著淬火溫度的提高，5CrNiMo鋼的組織以板條狀馬氏體為主，而板條狀馬氏體比針狀馬氏體具有更高的韌性，同時鋼中的碳化物更充分溶解，使鋼的一系列性能發(fā)生變化，斷裂韌度有所提高，抗回火能力和熱穩(wěn)定性也得到提高。淬火溫度提高后，能推遲熱疲勞裂紋的產(chǎn)生，但超過900℃加熱淬火，沖擊韌度開始下降。實踐證明，高溫淬火后模具的使用壽命有不同程度的提高。高溫淬火溫度為890~910℃，油冷，淬火硬度為61.5HRC。淬火后組織為板條馬氏體+體積分數(shù)為9.2％左右的殘留奧氏體，晶粒度為7~8級。回火溫度為420~550℃，回火2次，硬度為38~47HRC。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）③高溫淬火、回火工藝。近1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）④等溫淬火工藝。熱鍛模加熱油淬，當模具表面溫度冷到150~200℃時，即帶溫轉(zhuǎn)入280~300℃的等溫槽，保溫2~3h。由于淬火時先獲得少量馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體組織，回火后馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織。該工藝減少了模具的開裂，模具的使用壽命顯著提高。例如5CrNiMo鋼法蘭盤模具，普通淬火模具壽命是8500件，等溫淬火模具壽命為13000件。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）④等溫淬火工藝。熱鍛模加1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

（3）4CrMnSiMoV鋼4CrMnSiMoV鋼是近20年來，我國在低合金大截面熱作模具鋼領(lǐng)域發(fā)展的鋼種之一，是原冶金部標準中推薦使用的5CrMnSiMoV鋼的改進型。該鋼具有較高的強度、耐磨性，良好的沖擊韌度、淬透性，并有較高的抗回火性以及好的高溫強度和耐熱疲勞性能。其高溫性能、抗回火穩(wěn)定性、熱疲勞性均比5CrMnMo、5CrNiMo鋼好，可以用來代替5CrNiMo鋼。4CrMnSiMoV鋼的冷、熱加工性能好，適于制造各種類型的錘鍛和壓力機鍛模。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）（3）4CrMnSiMo1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

1）熱加工4CrMnSiMoV鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-25。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工上一頁下一頁返1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

2）預(yù)備熱處理等溫退火工藝：加熱溫度為840~860℃，保溫2~4h；等溫溫度為700~720℃，保溫4~8h，爐冷至500℃以下出爐空冷。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

3）淬火及回火①推薦的淬火規(guī)范：淬火溫度為860~880℃，油冷，硬度為56~58HRC。不同溫度淬火后的硬度見表3-26。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）3）淬火及回火上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②推薦的回火規(guī)范見表3-27。硬度與回火溫度的關(guān)系見表3-28。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②推薦的回火規(guī)范見表3-1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

4）實際應(yīng)用4CrMnSiMoV鋼適用于大、中型鍛模，也可用于中小型熱鍛模具。與5CrNiMo鋼比較，4CrMnSiMoV鋼模具的使用壽命高，如連桿模、前梁模、齒輪模、突緣節(jié)模（深型模）等，均比5CrNiMo鋼模具壽命提高0.1~0.8倍；用于矯正模、彎曲模等，比5CrNiMo鋼模具壽命提高0.5~2倍。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）4）實際應(yīng)用上一頁下一頁

熱擠壓模的工作條件相當繁重。既承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時也承受一定的拉應(yīng)力。另外還受到?jīng)_擊負荷的作用。模具與熾熱金屬接觸時間較長，使其受熱溫度比熱鍛模更高，尤其是用于加工鋼鐵材料和難熔金屬時，工作溫度高達600~800℃。熱擠壓模的失效形式主要是模腔過量塑性變形、開裂、熱疲勞和熱磨損。但這類模具的尺寸一般比熱鍛模小，因此，對于這類模具特別要求具有高的熱穩(wěn)定性，較高的高溫強度和足夠的韌性，良好的耐熱疲勞性和高的耐磨性。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）熱擠壓模的工作條件相當繁重。既承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫

常用的熱擠壓模具用鋼是鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鉬系、鎢鉬系和鉻鉬鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。鎢系熱作模具鋼的代表性鋼種為傳統(tǒng)的3Cr2W8V鋼，由于其耐熱疲勞性較差，在熱擠壓模方面的應(yīng)用將逐漸會減少，但在壓鑄模方面的應(yīng)用較多，故在壓鑄模用鋼中對其作詳細介紹。鉻系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl和4Cr5W2VSi。前兩種相當于美國的Hll和H13鋼，4Cr5W2VSi則由4Cr5MoSiV鋼演變而來，由ωW＝2％代替ωMo＝l％。這三種鋼碳的質(zhì)量分數(shù)均為5％左右，屬于中碳中鉻鋼。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）常用的熱擠壓模具用鋼是鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還

（1）4Cr5MoSiV（H11）鋼H11鋼是一種空冷硬化的熱作模具鋼，在中溫條件下具有很好的韌性，有較好的熱強度、熱疲勞性能和一定的耐磨性，在較低的奧氏體化溫度條件下空淬，熱處理變形小，空淬時產(chǎn)生氧化皮傾向小，而且可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。Hll鋼通常用于制造加工鋁鑄件用的壓鑄模、熱擠壓模，穿孔用的工具，芯棒、壓力機鍛模以及塑料模等。此外由于Hll鋼具有好的中溫強度，因此亦被用于制造耐400~500℃工作溫度的飛機、火箭等上的結(jié)構(gòu)件。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）（1）4Cr5MoSiV（H11）鋼上一頁下一頁返回21）熱加工H11鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-29。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、

2）預(yù)備熱處理①鍛后退火：工藝加熱溫度為860~990℃，保溫2~4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度≤229HBS。②消除應(yīng)力退火工藝：加熱溫度為730~760℃，保溫3~4h，爐冷或空冷。3）淬火及回火推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1000~1030℃，油冷或空冷，硬度為53~55HRC。推薦回火規(guī)范：回火溫度為530~580℃，空冷，回火2次，硬度為47~49HRC。表面處理規(guī)范見表3-30。淬火、回火溫度與硬度的關(guān)系分別見表3-31、表3-32。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）

4）力學(xué)性能不同溫度回火后的性能見表3-33。4Cr5MoSiV鋼的高溫力學(xué)性能見表3-34。

上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）4）力學(xué)性能上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）

（2）4Cr5MoSiVl（H13）鋼4Cr5MoSiVl鋼，即美國鋼號（H13）AISI是國際上廣泛應(yīng)用的一種空冷硬化熱作模具鋼，是引進鋼種，“八五”期間作為國家的重點推廣鋼種。與4Cr5MoSiV鋼相比，H13鋼具有較高的熱強度和硬度，在中溫條件下具有很好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性。在較低的奧氏體化溫度下空淬，熱處理變形小，空淬時產(chǎn)生氧化皮傾向小，可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。該鋼廣泛用于制造熱擠壓模具、芯棒、模鍛錘的錘模、鍛造壓力機模具、精鍛機用模具以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）（2）4Cr5MoSiVl（H13）鋼上一頁下一頁返回2

1）熱加工H13鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-35。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中2）預(yù)備熱處理，①鍛后退火：加熱溫度為860~890℃，保溫3~4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度≤229HBS，組織為球化珠光體+少量碳化物。②去應(yīng)力退火：加熱溫度為730~760℃，保溫3~4h，爐冷3）淬火及回火淬火溫度與硬度、晶粒度的關(guān)系見表3-36?；鼗饻囟葘κ覝亓W(xué)性能的影響見表3-37。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理，上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）①推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1020~1050℃，油冷或空冷，硬度為56~58HRC。②推薦回火規(guī)范：回火溫度為560~580℃，回火硬度為47~49HRC。通常采用2次回火，第2次回火溫度比第1次低20℃。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）①推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1020~1050℃，油冷

3）3Cr3Mo3W2V（HM1）鋼HMl鋼是在對比3Cr3Mo3V鋼及3Cr2Mo3Co3V鋼性能及使用壽命后，結(jié)合我國資源條件而研究成功的新型熱作模具鋼，已列入GB／T1299-2000《合金工具鋼》中。其冷加工、熱加工性能良好，淬火溫度范圍較寬，具有較高的熱強性、熱疲勞性能，良好的耐磨性和耐回火性等特點，是綜合性能優(yōu)良的高強韌性熱作模具鋼。HMl鋼適合制造鐓鍛、壓力機鍛造、擠壓等熱作模具，模具使用壽命較高，是目前國內(nèi)研制的工藝性能好，使用面廣，具有較廣應(yīng)用前景的新鋼種之一。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）3）3Cr3Mo3W2V（HM1）鋼上一頁下一頁返回2

1）熱加工HMl鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-38。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中

2）預(yù)備熱處理鍛后等溫退火工藝：加熱溫度為860~880℃，保溫4h；等溫溫度為720~740℃，保溫6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，硬度≤255HBS。3）淬火及回火①推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1060~1130℃，油冷，硬度52~56HRC。表3-39為不同溫度淬火后的硬度、晶粒度與殘留奧氏體量。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）②回火規(guī)范見表3-40?；鼗饻囟扰c硬度的關(guān)系見表3-41。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）②回火規(guī)范見表3-40?；鼗饻囟扰c硬度的關(guān)系見表34）力學(xué)性能表3-42為HMl鋼的回火穩(wěn)定性。表3-43為HMl鋼的高溫硬度。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）4）力學(xué)性能上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強

（4）3Cr3Mo3VNb（HM3）鋼HM3鋼是參照國外H10鋼和3Cr3Mo系熱作模具鋼，結(jié)合我國資源情況研制而成的新型高強韌性熱鍛模具鋼。其特點是在含碳量較低的情況下加入微量元素Nb，使鋼具有更高的耐回火性、熱強性，有明顯的回火二次硬化效果。HM3鋼的缺點為有脫碳傾向。生產(chǎn)實踐表明：對于耐熱鋼、不銹鋼及高溫合金等成形用模具，5CrNiMo鋼、3Cr2W8V鋼和4Cr5W2VSi鋼都不能滿足生產(chǎn)要求，而HM3鋼則可以使鍛模的使用壽命有明顯提高。HM3鋼應(yīng)用于熱鍛成形凹模、連桿輥鍛模、軸承套圈毛坯熱擠壓凹模、高強鋼精鍛模、小型機鍛模、鋁合金壓鑄模等模具上，都有良好的效果。HM3鋼模具壽命比3Cr2W8V鋼、5CrNiMo鋼及4Cr5W2VSi鋼等模具提高2~10倍，可以有效地克服模具因熱磨損、熱疲勞、熱裂等引起的早期失效。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）（4）3Cr3Mo3VNb（HM3）鋼上一頁下一頁返回2.1）熱加工HM3鋼鍛造規(guī)范見表3-44。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱2）預(yù)備熱處理等溫退火工藝：加熱溫度為850~870℃，保溫2~4h；等溫溫度700~720℃，保溫4~6h，爐冷到550℃以下出爐空冷，退火后硬度≤229HBS，組織為均勻細小的點狀和粒狀珠光體。3）淬火及回火①淬火：加熱溫度為1060~1090℃，油冷，硬度為47~49HRC。表3-45為淬火溫度與硬度及晶粒度的關(guān)系。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）

②推薦的回火工藝規(guī)范見表3-46。不同溫度回火后的硬度值和殘留奧氏量見表3-47。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）4）力學(xué)性能HM3鋼經(jīng)1080℃加熱、油冷淬火后的硬度為48.5HRC，殘留奧氏體的體積分數(shù)為9.2％。由于回火時析出M2C、V4C、NbC等彌散碳化物以及殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變，在550℃左右回火時出現(xiàn)二次硬化峰，峰值稍高于淬火硬度值，但斷裂韌度在低谷值，因此回火宜選擇在550℃以上進行。HM3鋼的常溫力學(xué)性能和高溫力學(xué)性能分別見表3-48、表3-49。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）4）力學(xué)性能上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）

（5）4Cr3Mo3SiV（H10）鋼H10鋼是近年來從美國引進的熱作模具鋼，含碳量為質(zhì)量分數(shù)0.4％，Cr和Mo的質(zhì)量分數(shù)均為3％左右H10鋼。含有較多的Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在較小截面時與5CrNiMo鋼具有相近的韌性，而在工作溫度500~600℃時具有更高的硬度，熱強性和耐磨性。H10鋼具有非常好的淬透性很高的韌性，回火抗力及熱穩(wěn)定性高于H13鋼，沖擊韌度及斷裂韌度高于3Cr2W8V鋼，當回火溫度超過260℃時，鋼的硬度高于H13鋼。4Cr3Mo3SiV（H10）鋼可以制造熱擠壓模，熱沖模、熱鍛模及塑壓模等模具，主要用于鋁合金壓鑄模。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）（5）4Cr3Mo3SiV（H10）鋼上一頁下一頁返1）熱加工H10鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-50。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱2）預(yù)備熱處理等溫退火：加熱溫度為860~900℃，保溫3~4h；等溫溫度為710~730℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，硬度≤229HBS。3）淬火及回火淬火溫度為1010~1040℃，油冷或空冷，硬度為50~55HRC?；鼗饻囟葹?00~620℃，硬度為50~55HRC；620~640℃，硬度為40~50HRC。上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回2.熱擠壓模用鋼（高熱壓鑄模用鋼用于制造壓力鑄造和擠壓鑄造模具。根據(jù)被壓鑄材料的性質(zhì)，壓鑄?？煞譃殇\合金壓鑄模、鋁合金壓鑄模、銅合金壓鑄模。壓鑄模工作時與高溫的液態(tài)金屬接觸，不僅受熱時間長，而且受熱的溫度比熱鍛模要高、（壓鑄有色金屬時400~800℃，壓鑄黑色金屬時可達1000℃以上），同時承受很高的壓力（20~120MPa）；此外還受到反復(fù)加熱和冷卻以及金屬液流的高速沖刷而產(chǎn)生磨損和腐蝕。因此，熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕是壓鑄模常見的失效形式。所以，壓鑄模的性能要求是：較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能，優(yōu)良的耐熱疲勞性，高的導(dǎo)熱性，良好的抗氧化性和耐蝕性，高的淬透性等。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）壓鑄模用鋼用于制造壓力鑄造和擠壓鑄造模具。根據(jù)被壓常用的壓鑄模用鋼以鎢系、鉻系、鉻鉬系和鉻鎢鉬系熱作模具鋼為主，也有一些其它的合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，用于工作溫度較低的壓鑄模，如40Cr、30CrMnSi、4CrSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V等。其中3Cr2W8V鋼是制造壓鑄模的典型鋼種，常用于制造澆鑄鋁合金和銅合金的壓鑄模；與其性能和用途相類似的還有3Cr3Mo3W2V鋼。值得指出的是，由于4Cr5MoSiVl鋼具有良好的韌性、耐熱疲勞抗力和抗氧化性，其模具使用壽命高于3Cr2W8V鋼制壓鑄模，且這類鋼的價格較鎢系鋼便宜，因此在壓鑄模上的使用愈來愈多。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）常用的壓鑄模用鋼以鎢系、鉻系、鉻鉬系和鉻鎢鉬系熱作（1）3Cr2W8V（H21）鋼H21鋼含碳量雖然不高，但在其他合金元素的共同作用下，共析點左移，因此它是共析或過共析鋼。如果冶煉不當，鋼錠中的元素偏析就特別嚴重，共析碳化物的數(shù)量會增多，易造成模具脆裂報廢。高鎢鋼有脫碳的傾向，這是模具磨損快、粘模嚴重以及表面早期出現(xiàn)熱疲勞裂紋的原因之一。但由于H21鋼抗回火能力較高，仍作為高熱強熱作模具鋼得到廣泛應(yīng)用，可以用來制作高溫下高應(yīng)力，但不受沖擊負荷的凸模、凹模，如平鍛機上用的凸凹模、鑲塊、銅合金擠壓模、壓鑄用模具，也可以用來制作同時承受較大壓應(yīng)力、彎應(yīng)力或拉應(yīng)力的模具，如反擠壓的模具；還可以用來制作高溫下受力的熱金屬切刀等。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）（1）3Cr2W8V（H21）鋼上一頁下一頁返回3.壓1）熱加工H21鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-51。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）鍛后要在空氣中較快地冷卻到Ac1以下（約700℃），隨后緩冷（砂冷或爐冷）；如果條件許可，可以進行高溫退火。1）熱加工上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合2）預(yù)備熱處理①一般退火：加熱溫度為800~820℃，保溫2~4h，爐冷至600℃以下出爐空冷，退火后硬度為207~255HBS，組織為珠光體+碳化物。②等溫退火：加熱溫度為840~880℃，保溫2~4h；等溫溫度720~740℃，保溫2~4h，爐冷至550℃以下出爐空冷，退火后硬度≤241HBS。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強3）淬火及回火①H21鋼推薦淬火工藝規(guī)范見表3-52。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）3）淬火及回火上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強高溫淬火：常取1140~1150℃加熱奧氏體化，油冷淬火后硬度可高達55HRC，分級淬火硬度為47HRC。H21鋼的淬火加熱溫度提高，馬氏體合金化程度也提高，模具熱強性特別好，但韌性稍差，一般用于制造銅合金和鋁合金擠壓模、壓鑄模、壓型模等受沖擊力不太大，而要求有高熱強性的模具。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）高溫淬火：常取1140~1150℃加熱奧氏體化②回火規(guī)范見表3-53。硬度與回火溫度的關(guān)系見表3-54。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）②回火規(guī)范見表3-53。硬度與回火溫度的關(guān)系見表3-③固溶超細化處理。將H21鋼鍛造毛坯在1200~1250℃加熱固溶，使所有碳化物基本溶入奧氏體，然后淬入熱油或沸水中，并立即進行高溫回火或短時間等溫球化處理。高溫回火溫度為720~850℃（模坯加工需選溫度上限，模具已完成機械加工則選溫度下限）。最終熱處理可以選用常規(guī)熱處理工藝，1100℃加熱，油冷淬火。經(jīng)過以上熱處理的H21鋼模具組織非常細致，未溶碳化物呈點狀，碳化物不均勻分布基本消除，模具使用壽命成倍提高。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）③固溶超細化處理。將H21鋼鍛造毛坯在1200~④等溫淬火工藝。加熱溫度為1150℃，在350~450℃等溫后油冷。組織為下貝氏體+馬氏體的混合組織，硬度可達47HRC以上。等溫淬火后以低溫回火為宜，溫度340~380℃。等溫淬火后獲得的貝氏體組織有較高的強韌性，回火穩(wěn)定性也比常規(guī)熱處理好得多，抗熱沖擊性能也較高，模具變形小。模具等溫處理后有較高的使用壽命。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）④等溫淬火工藝。加熱溫度為1150℃，在350~4）力學(xué)性能H21鋼淬火溫度與硬度的關(guān)系見表3-55。H21鋼回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系見表3-56。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）4）力學(xué)性能上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱

（2）4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）鋼Y4鋼是針對銅合金壓鑄模，結(jié)合我國礦產(chǎn)資源情況而設(shè)計出來的新型熱壓鑄模具鋼，接近3Cr3Mo類鋼，但增加了微量元素Nb和B。與Y10鋼相比，Y4鋼中的Cr、Si含量下降，因此碳化物不均勻性下降，同時以B來提高因Cr、Si含量減少而降低的淬透性和高溫強度。加入微量Nb，Nb的碳化物難溶于奧氏體，同時Nb的加入還可以提高M6C和MC型碳化物的穩(wěn)定性，因此能細化晶粒，降低過熱敏感性，提高熱強性和熱穩(wěn)定性。Y4鋼在力學(xué)性能上，尤其是冷熱疲勞及裂紋擴展速率方面明顯優(yōu)于3Cr2W8V鋼，是比較理想的銅合金壓鑄模材料，模具使用壽命有較大的提高。另外Y4鋼在熱擠壓模、熱鍛模的應(yīng)用方面也取得了明顯成效。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）（2）4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）鋼上一頁下一1）熱加工Y4鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-57。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）1）熱加工上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、2）預(yù)備熱處理等溫退火：加熱溫度為840~860℃，保溫2~4h，等溫溫度為680℃，保溫4~6h，爐冷到550℃出爐空冷。3）淬火及回火淬火溫度為1050~l100℃，油冷，硬度為58~59HRC?；鼗饻囟葹?00~630℃，回火時間2h，回火2次，硬度44~52HRC。4）力學(xué)性能Y4鋼的室溫及高溫力學(xué)性能見表3-58。上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）上一頁下一頁返回3.壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）在熱作模具中，熱沖裁模的工作溫度較低，因此，對材料的性能要求也相對放寬。除了應(yīng)具有高的耐磨性、良好的強韌性以及加工工藝性能外，幾乎所有的熱作模具鋼均能滿足熱沖裁模的工作條件要求。所以在選材時，可著重考慮材料的經(jīng)濟性和生產(chǎn)管理上的方便，推薦使用的鋼種有5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4CrSMoSiVl和8Cr3等。其中8Cr3鋼是使用較多的鋼種，它的化學(xué)成分為：碳的質(zhì)量分數(shù)為0.75~0.85％，硅質(zhì)量分數(shù)≤0.40％，錳質(zhì)量分數(shù)≤0.40％，鉻質(zhì)量分數(shù)為3.2％~3.80％。8Cr3鋼是在碳素工具鋼T8的基礎(chǔ)上添加一定量的Cr（質(zhì)量分數(shù)3.20％~3.80％）。由于Cr的存在，8Cr3鋼具有較好的淬透性和一定的室溫、高溫強度而且形成細小，均勻分布的碳化物。8Cr3鋼通常用于制造熱沖裁模、熱頂鍛模和熱彎曲模等模具。上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）在熱作模具中，熱沖裁模的工作溫度較低，因此，對材料1）熱加工8Cr3鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-59。上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）1）熱加工上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、2）預(yù)備熱處理鍛后退火工藝：加熱溫度為790~810℃，保溫2~6h，爐冷至600℃以下出爐空冷，硬度為207~255HBS，組織為珠光體+碳化物3）淬火及回火推薦的淬火工藝規(guī)范：淬火溫度為850~880℃，油冷，硬度≥55HRC。推薦的回火工藝規(guī)范：回火溫度為480~520℃，硬度為41~46HRC。4）力學(xué)性能8Cr3鋼回火溫度與室溫力學(xué)性能的關(guān)系見表3-60，與高溫力學(xué)性能的關(guān)系見表3-61。上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）2）預(yù)備熱處理上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）上一頁下一頁返回4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）三、任務(wù)實施：

本課題的2個案例通過本項目課題一的任務(wù)實施，已經(jīng)了解掌握了熱作模具鋼的工作條件、性能要求與熱處理特點的知識，因此予以簡略。

案例1實施：5CrNiMo鋼是傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼，具有良好的強度、高耐磨性與十分良好的韌性，同時室溫力學(xué)性能與500~600℃時幾乎相同，在加熱到500℃時，仍能保持300HBS左右的硬度。由于5CrNiMo鋼中含有Mo，因而對回火脆性并不敏感，但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效應(yīng)微弱，所以熱穩(wěn)定性不高。5CrNiMo鋼具有十分良好的淬透性，300mm×400mm×300mm的大塊鋼料經(jīng)820℃油淬和560℃回火后，斷面各部分的硬度幾乎一致。5CrNiMo鋼多用來制造大、中型鍛模。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：本課題的2個案例通過本項目課題一的任務(wù)實施三、任務(wù)實施：

5CrNiMo鋼用來制造各種大、中型鍛模。這種鋼易形成白點，需要嚴格控制冶煉工藝及鍛軋后的冷卻制度。5CrNiMo鋼的熱處理規(guī)范：（1）熱處理工藝要點5CrNiMo鋼淬火規(guī)范見表3-21，回火規(guī)范見表3-22。5CrNiMo鋼轉(zhuǎn)向節(jié)熱鍛模熱工藝曲線如圖3-3所示。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：5CrNiMo鋼用來制造各種大、中型鍛模。三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：

（

2）熱處理工藝操作要點。1）采用箱式電爐加熱。為防止轉(zhuǎn)向節(jié)模面和燕尾的氧化脫碳，在加熱時必須進行保護。如圖3-4所示，在裝爐前將鍛模工件朝下放入鐵盤中，盤底上及燕尾槽面周圍鋪墊一層30～45mm厚的保護劑（舊滲碳劑或木炭末，加一些焙燒過的鑄鐵屑），上面用耐火泥或黃泥密封，圓角處纏上石棉繩。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：（2）熱處理工藝操作要點。上一頁下三、任務(wù)實施：

2）分段加熱。由于模具尺寸大，5CrNiMo鋼導(dǎo)熱性差，為減少加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，可采用分段加熱，即加熱至500℃～600℃保溫4h后，緩慢升至840℃～860℃，保溫6h。3）預(yù)冷一淬火。鍛模加熱保溫后出爐，先去除鐵盤和保護劑，清理模面，在空氣中延時冷卻至780℃～800℃（預(yù)冷約為8min），然后淬火40℃～70℃油中冷卻。4）嚴格控制在油中停留時間。在油中停留50～60min，整個模具冷卻至200℃左右（從油中取出時冒青煙而不著火）出油空冷，并及時將模具在300℃～400℃時裝爐進行回火。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：2）分段加熱。由于模具尺寸大，5CrNiM三、任務(wù)實施：

5）整體回火?；鼗鹪谙涫綘t中進行，也需采用分段加熱緩慢升溫的方法。將淬火后的鍛模裝進300℃～400℃的爐內(nèi)，保溫3h，再緩慢升溫至550℃～570℃，保溫3～6h，回火后油冷。第二次回火要在第一次回火冷至室溫后方可進行。最后再進行一次160℃～180℃低溫回火。6）燕尾回火。如圖3-5所示，將燕尾浸入600℃～650℃鹽浴中加熱，保溫時間用觀察模面回火色的方法來控制?；鼗鹎跋葘⒛Ｃ嬗蒙凹埓蚬猓斈Ｃ骖伾噬钏{色時即停止加熱。也可用表面溫度測試儀表，指示溫度為230℃～270℃即停止加熱。出爐油冷至100℃左右轉(zhuǎn)為空冷。燕尾部分可得到均勻的回火索氏體組織，硬度為25～30HRC。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：5）整體回火?；鼗鹪谙涫綘t中進行，也需采用三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：7）局部保護淬火。為了縮短熱處理周期，還可采用盒蓋保護燕尾淬火的方法，即在鍛模淬火之前，在燕尾部分蓋上一個用1.5～2.5mm厚的鋼板焊成的盒蓋，盒蓋與鍛模之間保持25～40mm的間隙，如圖3-6所示，然后將鍛模淬火油中，由于盒蓋里面有空氣和油的蒸氣，使淬火油難以進入，從而減緩了燕尾的冷卻速度，燕尾硬度基本可達到技術(shù)要求，不必再進行補充回火。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：7）局部保護淬火。為了縮短熱處理周三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：案例2實施：4Cr5MoSiVl鋼屬于鉻系熱作模具鋼，相當于美國鋼號（H13）AISI，是國際上廣泛應(yīng)用的一種空冷硬化熱作模具鋼。4Cr5MoSiVl鋼具有較高的熱強度和硬度，在中溫條件下具有很好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性。在較低的奧氏體化溫度下空淬，熱處理變形小，空淬時產(chǎn)生氧化皮傾向小，可以抵抗熔融鋁的沖蝕作用。該鋼廣泛用于制造熱擠壓模具、芯棒、模鍛錘的錘模、鍛造壓力機模具、精鍛機用模具以及鋁、銅及其合金的壓鑄模。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：案例2實施：上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：4Cr5MoSiVl鋼的熱處理規(guī)范：（1）熱處理工藝要點4Cr5MoSiVl鋼的淬火溫度與硬度、晶粒度的關(guān)系見表3-36?；鼗饻囟葘κ覝亓W(xué)性能的影響見表3-37。采用兩次硬化熱處理工藝，預(yù)熱→1080℃±10℃，（520℃±10℃×1.5）二次回火→（軟氮化后使用）。（2）熱處理工藝操作要點。1）模具淬火加熱在高溫鹽浴爐中進行，模具預(yù)熱及回火熱處理在空氣井式電阻爐中進行。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：4Cr5MoSiVl鋼的熱處理規(guī)范三、任務(wù)實施：2）預(yù)熱溫度采用520℃±10℃，保持時間為1.5小時（h）。3）淬火加熱在高溫鹽浴爐中進行，溫度為1080℃±10℃，保溫時間為18min（0.4min/mm）。為了提高冷卻能力，油淬后，作強烈充分攪動。4）兩次回火，回火溫度為520℃±10℃，保溫時間為90±15min。第一次回火后，冷至室溫，再作第二次回火。為避免回火過程中第二類回火脆性的產(chǎn)生，減少實際工作時間拖延過長，第一次回火可選用油冷（亦可空冷）。第二次回火則采用空冷（或打開爐蓋爐冷）。5）二次回火后，在投入使用前進行軟氮化。上一頁下一頁返回三、任務(wù)實施：2）預(yù)熱溫度采用520℃±10℃，四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）

通常根據(jù)金屬零件工作時所承受的載荷，計算出金屬零件上的應(yīng)力分布，考慮安全系數(shù)，提出對材料的強度要求，以強度與硬度的對應(yīng)關(guān)系，確定零件熱處理后應(yīng)具有的硬度值。為此，硬度是金屬零件熱處理最重要的質(zhì)量檢驗指標，不少零件還是唯一的技術(shù)要求。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）通常四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）1）常用硬度檢驗方法的標準如下。

GB230：金屬洛氏硬度試驗方法。

GB231：金屬布氏硬度試驗方法。

GB1818：金屬表面洛氏硬度試驗方法。

GB4340：金屬維氏硬度試驗方法。

GB4342：金屬顯微維氏硬度試驗方法。

GB5030：金屬小負荷維氏試驗方法。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）1）常四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（2）待檢件選取與檢驗原則如下。為保證零件熱處理后達到其圖紙技術(shù)（或工藝）要求，待檢件選取應(yīng)有代表性。通常從熱處理后的零件中選取，能反映零件的工作部位或零件的工作部位硬度的其他部位，對每一個待檢件的試驗點數(shù)一般應(yīng)不少于3個點。通常連續(xù)式加熱爐（如網(wǎng)帶爐）應(yīng)在連續(xù)生產(chǎn)的網(wǎng)帶淬火入回火爐前、回火后入料框前的網(wǎng)帶上抽檢3～5件／時，且及時作檢驗記錄。若發(fā)現(xiàn)硬度超差，應(yīng)及時進行工藝參數(shù)調(diào)整，且將前1h段的零件進行隔離處理（如返工、逐檢）。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（2）待檢四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）通常期式加爐（如井式爐、箱式爐）應(yīng)在淬火后、回火后均從料框的上、中、下部位抽檢6～9件／爐，且及時作檢驗記錄。若發(fā)現(xiàn)硬度超差，應(yīng)及時進行工藝參數(shù)調(diào)整，且將該爐次的零件進行隔離處理（如返工、逐檢）。通常感應(yīng)淬火工藝及感應(yīng)器與零件間隙精度調(diào)整，經(jīng)首件（或批）感應(yīng)淬火合格后方可生產(chǎn)，且及時作檢驗記錄。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）通常期式四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）3）硬度測量方法。①各種硬度測量的試驗條件如表3-62所示。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）3）硬四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）上一頁下一頁返四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）②測量硬化層深度不同的零件表面硬度時，硬度試驗方法與試驗力的選擇，如表3-63所示。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）②測量四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）③經(jīng)不同熱處理工藝處理后的表面硬度測量方法的選擇，如表3-64所示。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）③經(jīng)四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（4）檢驗設(shè)備與人員。①所有硬度計及標準硬度試塊均應(yīng)在計量部門檢定的有效期內(nèi)使用，不允許在無檢定合格證書或超過檢定的有效期使用。②應(yīng)設(shè)立專職檢驗人員，且經(jīng)正規(guī)培訓(xùn)與考核，具有正式的資格證書；生產(chǎn)線的操作人員檢驗，應(yīng)經(jīng)一定培訓(xùn)，在專職檢驗人員的認可或指導(dǎo)下進行。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（4）檢驗設(shè)備四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（5）測量數(shù)據(jù)的表示與記錄。①硬度值的表示應(yīng)按相應(yīng)國家標準硬度試（檢）驗方法的規(guī)定，一般以硬度范圍法表示，標出上、下限值，如60～65HRC；特殊情況液可以只標下限值或上限值，應(yīng)用不小于或不大于表示，如不大于229HBS；若記錄換算硬度值時，應(yīng)在換算值后面加括號注明實測值，如48.5HRC（75.0HRA）；若記錄硬度平均值時，應(yīng)在硬度值平均值后面加括號注明計算平均值所用的各測點硬度值，如64.0HRC（63.5HRC、64.0HRC、64.5HRC）。②檢驗報告記錄，包括零件名稱、材料、檢驗數(shù)量、檢驗結(jié)果及檢驗人員與日期。上一頁下一頁返回四、知識拓展熱處理檢驗規(guī)范（硬度檢驗）（5）測熱作模具鋼的性能及熱處理規(guī)范課件課題二熱作模具鋼的性能及熱處理規(guī)范課題二1.1下一頁返回知識點◎掌握熱作模具鋼的材料性能；◎掌握熱作模具鋼的熱處理規(guī)范。技能點◎熱作模具鋼的熱處理規(guī)范

。1.1下一頁返回知識點一、任務(wù)導(dǎo)入：案例1：轉(zhuǎn)向節(jié)熱鍛模（如圖如3-1所示），模具材料為5CrNiMo鋼，模具尺寸為700mm×675mm×400mm，生產(chǎn)批量：大批量，技術(shù)要求：鍛模模面硬度為36～39HRC，燕尾硬度為28～33HRC。要求掌握該模具的熱處理規(guī)范。上一頁下一頁返回

圖3-1轉(zhuǎn)制節(jié)熱鍛模簡圖一、任務(wù)導(dǎo)入：案例1：上一頁下一頁返回一、任務(wù)導(dǎo)入：案例2：鋁合金圓管擠壓模（如圖3-2所示），生產(chǎn)3A21（原LF21）鋁合金Φ15.8mm×0.9mm的薄壁圓管，生產(chǎn)批量：大批量，模具材料為4Cr5MoSiV1（H13）。技術(shù)要求：擠壓模硬度為42～47HRC，硼氮復(fù)合滲。要求掌握該模具的熱處理規(guī)范。上一頁下一頁返回

圖3-2鋁合金擠壓模凸模一、任務(wù)導(dǎo)入：案例2：上一頁下一頁返回圖3-2鋁合金

二、專業(yè)知識：1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）；2．熱擠壓模用鋼（高熱強熱、中合金）；3．壓鑄模用鋼（高熱強熱、中合金）；4.熱沖裁模用鋼（高耐磨、低合金高碳）

；上一頁下一頁返回二、專業(yè)知識：1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）；上一頁下1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

熱鍛模是在高溫下通過沖擊力或壓力使熾熱的金屬坯料成形的模具，包括錘鍛模、壓力機鍛模、熱鐓模、精鍛模和高速鍛模等，其中錘鍛模最有代表性。熱鍛模用鋼主要用于各種尺寸的錘鍛模、平鍛機鍛模、大型壓力機鍛模等。熱鍛模在工作中受到高溫、高壓、高沖擊負荷的作用。模具型腔與高溫金屬坯料（鋼鐵坯料約1000~1200℃）相接觸產(chǎn)生強烈地摩擦，使模具本身溫度高達400~600℃；鍛件取出后模腔還要用水、油或壓縮空氣進行冷卻，如此受到反復(fù)加熱和冷卻，使模具表面產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。錘鍛模的失效方式主要是，在交變的熱應(yīng)力作用下，模具表面產(chǎn)生網(wǎng)狀或放射狀的熱疲勞裂紋，以及模腔磨損或嚴重偏載、工藝性裂紋導(dǎo)致模具開裂。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）熱鍛模是在高溫下通過沖擊力1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）因此，熱鍛模應(yīng)具有較高的高溫強度和韌性，良好的耐磨性和耐熱疲勞性，由于錘鍛模尺寸比較大，還要求錘鍛模用鋼具有高的淬透性。由于熱鍛模的工作條件較惡劣，因此要求熱鍛模具鋼應(yīng)具有下列基本性能：1）淬透性高，以保證熱鍛模具沿整個截面具有均勻一致的力學(xué)性能。2）沖擊韌性好，熱疲勞抗力高，以保證能承受沖擊載荷及在急冷急熱反復(fù)熱沖擊下，不致于發(fā)生龜裂。3）導(dǎo)熱性好，以保證熱鍛模具型腔表面的熱量盡快傳導(dǎo)外散，降低模具的溫升，有利于減少熱磨損及熱疲勞損傷。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）因此，熱鍛模應(yīng)具1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

4）較高的抗回火穩(wěn)定性及高溫強度，以減少熱塑性變形。5）較好的抗氧化性能和加工藝性能。為滿足上述性能，熱鍛模具鋼中不能含有太高的碳及碳化物形成元素，通常碳質(zhì)量分數(shù)ωc在0.3％~0.5％左右，為提高淬透性及熱強性加入少量鉻、鉬、釩、鎳、錳、硅等，加入少量鉬或鎢有助于清除高溫回火脆性。常用的熱鍛模用鋼主要有：5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV等，此外還有國內(nèi)近年來研制的新鋼種，如4SiMnMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi等。其中45Cr2NiMoVSi是應(yīng)用比較成熟的高強韌大截面錘鍛模具鋼。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）4）較高的抗回火穩(wěn)定性1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

（1）5CrMnMo鋼5CrMnMo鋼是傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼，鋼中加入Cr可以提高淬透性、高溫強度和抗氧化能力；加入Mo主要是為了抑制回火脆性，提高耐回火性。該鋼與5CrNiMo鋼的各種性能類似，是在考慮我國資源情況的基礎(chǔ)上，為節(jié)約鎳而以錳代鎳研制的，淬透性稍差，高溫工作時的耐熱疲勞性也低于5CrNiMo鋼。5CrMnMo鋼適用于制造要求較高強度和高耐磨性的各種類型鍛模（邊長≤400mm）。要求韌性較高時，可以采用電渣重熔鋼。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）（1）5CrMnMo鋼上1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

1）熱加工5CrMnMo鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-16。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

2）預(yù)備熱處理①一般退火：加熱溫度為760~780℃保溫2~4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS。②鍛后等溫退火：加熱溫度為850~870℃，保溫2~4h；爐冷至680℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS。③鍛模翻新退火：加熱溫度為720~740℃，保溫2~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

3）淬火及回火①推薦淬火、回火規(guī)范分別見表3-17、表3-18?；鼗鹩猛緸橄龖?yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸。常溫力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系見表3-19。②高溫淬火、回火工藝。高溫淬火可以獲得細致的板條狀馬氏體，強韌性較好，但超過900℃加熱淬火，沖擊韌度等性能開始下降。生產(chǎn)實踐證明：高溫淬火后模具的使用壽命都有了不同程度的提高。高溫淬火溫度為890~900℃，油冷，硬度為61.5HRC?；鼗饻囟葹?20~550℃，回火2次。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）3）淬火及回火上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

③等溫淬火加熱溫度為840~860℃，加熱后將模具放于160~180℃硝鹽中分級停留，使之發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，然后再轉(zhuǎn)入280~300℃硝鹽中保溫停留2~3h。加熱溫度為840~860℃，淬入油中，待模具表面冷到150~200℃時，帶溫轉(zhuǎn)入等溫槽，在280~300℃保溫2~3h。采取以上兩種淬火方法后，模具鋼的組織為馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體，回火后獲得回火下貝氏體組織。這種工藝減少了模具的使用過程中的開裂，提高了模具的使用壽命。

上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）③等溫淬火上一頁下一頁返1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

（2）5CrNiMo5CrNiMo鋼和5CrMnMo鋼一樣都是傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼，但5CrNiMo鋼具有十分良好的韌性，同時具有良好的強度和高耐磨性，室溫力學(xué)性能與500~600℃時幾乎相同，在加熱到500℃時，仍能保持300HBS左右的硬度。由于5CrNiMo鋼中含有Mo，因而對回火脆性并不敏感，但由于碳化物形成元素含量低，二次硬化效應(yīng)微弱，所以熱穩(wěn)定性不高。5CrNiMo鋼具有十分良好的淬透性。300mm×400mm×300mm的大塊鋼料經(jīng)820℃油淬和560℃回火后，斷面各部分的硬度幾乎一致。5CrNiMo鋼多用來制造大、中型鍛模。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）（2）5CrNiMo上一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工5CrNiMo鋼鍛造工藝規(guī)范見表3-20。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）1）熱加工上一頁下一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

5CrNiMo鋼在空氣中冷卻即能淬硬，并易形成白點，因此鍛造后應(yīng)緩慢冷卻。對于大型鍛件，必須放到600℃的爐中，待溫度一致以后，再緩慢冷卻到150~200℃，然后再在空氣中冷卻。對于較大的鍛件，建議在冷卻到150~200℃以后，立即進行回火加熱。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）5CrNiMo鋼在空氣中1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

2）預(yù)備熱處理①鍛后退火：加熱溫度為760~780℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS，組織為珠光體+鐵素體。②鍛后等溫退火：加熱溫度為850~870℃，保溫4~6h；等溫溫度680℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷，退火后硬度為197~241HBS；組織為珠光體+鐵素體。③鍛模翻新退火：加熱溫度為710~730℃，保溫4~6h，爐冷至500℃以下出爐空冷。退火后硬度為197~241HBS。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）2）預(yù)備熱處理上一頁下一1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

3）淬火及回火①淬火規(guī)范見表3-21。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）3）淬火及回火上一頁下一頁1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②回火規(guī)范見表3-22。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）②回火規(guī)范見表3-221．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）回火后均需油冷，以防回火脆性的產(chǎn)生，為了消除油冷時產(chǎn)生的應(yīng)力，可在160~180℃再回火一次。特別注意5CrNiMo、5CrMnMo這兩類鋼無論淬火還是回火都不能在油中冷到室溫，否則容易開裂。表3-23為淬火、回火溫度對5CrNiMo鋼沖擊韌度的影響。表3-24為淬火、回火溫度對硬度的影響。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）回火后均需油冷，以防回火1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）

③高溫淬火、回火工藝。近年來研究表明：隨著淬火溫度的提高，5CrNiMo鋼的組織以板條狀馬氏體為主，而板條狀馬氏體比針狀馬氏體具有更高的韌性，同時鋼中的碳化物更充分溶解，使鋼的一系列性能發(fā)生變化，斷裂韌度有所提高，抗回火能力和熱穩(wěn)定性也得到提高。淬火溫度提高后，能推遲熱疲勞裂紋的產(chǎn)生，但超過900℃加熱淬火，沖擊韌度開始下降。實踐證明，高溫淬火后模具的使用壽命有不同程度的提高。高溫淬火溫度為890~910℃，油冷，淬火硬度為61.5HRC。淬火后組織為板條馬氏體+體積分數(shù)為9.2％左右的殘留奧氏體，晶粒度為7~8級?；鼗饻囟葹?20~550℃，回火2次，硬度為38~47HRC。上一頁下一頁返回1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）③高溫淬火、回火工藝。近1．熱鍛模用鋼（高韌性、低合金）④等溫淬火工藝。熱鍛模加熱油淬，當模具表面溫度冷到150~200℃時，即帶溫轉(zhuǎn)入280~300℃的等溫槽，保溫2~3h。由于淬火時先獲得少量馬氏體+下貝氏體+殘留奧氏體組織，回火后馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織。該工藝減少了模具的開