提示:建议单件改锻(即二次锻造),使用效果更佳。
在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。热煅又称热模锻,锻造时变形金属流动剧烈,锻件与模具接触时间较长。因此要求模具材料具有高的热稳定性、高温强度和硬度、冲击韧性、耐热疲劳性和耐磨性且便于加工。较轻工作负荷的热锻模可用低合金钢来制造。
锻件生产对模具材料的基本要求是:在锻模工件条件(工作温度、载荷性质和“接触时间”)下材料应具有良好的冶金质量和组织稳定性、综合力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性等使用性能以及良好的冷热加工工艺性能。
1.工件温度:或称使用温度,是指模具在实际使用时的加载过程中模膛表面所达到的最高温度与卸载后至下一次加载间隙时间内模膛表面冷却降温至最低温度之间的温度。在黑色金属锻件连续生产情况下,前者的温度可以达到600℃,甚至更高,乃至引起模膛表面金属的回火和相变。从而降低模具材料的力学性能;而后者基本上保持在模体的使用温度,即250℃~350℃,长期在脉冲式的热负荷(600℃至250℃~350℃交变)作用下会引起模具材料的冷热疲劳。
2.载荷性质:是指模具在锻锤和螺旋压力机等冲击性动态载荷设备上使用,还是在液压机和机械压力机等平稳加载的静态载荷设备上使用。不管是动载荷还是静载荷加载方式,模具所承受的都是周而复始的加载和卸载的脉冲载荷,因此,长时间工作会引起模具材料的机械疲劳。
3.接触时间:是指在加载条件下模具与毛坯的“接触时间”,即在锻压过程中设备对毛坯加载到卸载之间毛坯与模具的接触时间。在加载条件的“接触时间”内模具温度急剧上升,这时金属流动对模具的冲刷磨损更加剧烈。液压机和机械压力机模锻时,毛坯与模具的接触时间长,模具温升大、磨损严重;而锻锤模锻时的“接触时间”短,但接触频率高也相当于延长了接触时间,再加上锻件变形产生机械热也会使温度升高。另外,锻锤模锻时金属流动速度高,对模膛表面的冲刷磨损往往超过温升软化造成的磨损。
根据上述锻造模具的工作环境,模具材料应具备以下良好的使用性能和工艺性能。
1)3Cr2W8V(H21):具有高热强性、高热稳定性、良好的耐磨性和工艺性能,工作温度达到650℃。缺点:碳化物偏析严重,塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差。
(2)4Cr5MoSiV1(H13):高淬透性和淬硬性、高韧性、高热强性和耐磨性,使用温度590℃,碳化物细小分布均匀,抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能好,冷热加工性能好,是目前国内热镦锻钢、冷镦模套的主要材料,也是通用性强的热作模具钢,是代替3Cr2W8V钢的理想钢材,寿命可提高2-3倍。
(3)4Cr3Mo3SiV(H10):具有高韧性,高的抗高温软化性能和中等水平的抗磨性能。可代替3Cr2W8V钢制作热挤压模,热稳定性高于H13、H21,韧性介于H13、H21之间。适当高速镦锻模,使用寿命比H21钢高0.5-1倍。
(4)3Cr3Mo3W2V(HM1)钢具有优良的强韧性,较高热强性、耐磨性、回火稳定性,抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好,工作温度700℃以上。该钢通用性强,适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具,其性能优于4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢,模具寿命比3Cr2W8V钢提高标准2—3倍。
(5) 5Cr4W5MoV(RM2):工作温度达700℃,具有较高的回火抗力和热稳定性,高的热强性,高的高温硬度和耐磨性,但其韧性和抗热疲劳性能低于H13钢。适合于制作有高的高温强度和抗磨损性能的热作模具,可代替3Cr2W8V钢,模具寿命可提高2-4倍。
(6) 5Cr4Mo3SiMnVAl(012AI)钢工作温度达700℃以上,具有较高的热强性,高温硬度,抗回火稳定性、耐磨性和抗热疲劳性、韧性和热加工塑性好,氮化性能好。可替代 3Cr2W8V钢模具寿命可提高3-5倍。
(1)4Cr4Mo2WSiV:钢具有较高的热稳定性、韧性、耐磨性和抗龟裂性,其稳定性优于4Cr5MoSiV1,与3Cr2W8V钢相近。
(2)3Cr2W8MoV钢是3Cr2W8V钢的改进型。
(3)3Cr3Mo3VNb钢一种超高强韧性热作模具钢,在高于600℃时,比4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V钢具有更高的高温强韧性、热稳定性、热强性、耐磨性和抗热疲劳性能,冷热加工性能好。
(1)3Cr3Mo3V:热稳定性、硬度、耐热疲劳性能及韧性等适中。
(2)5Cr4Mo3W2V。
(3)4Cr3Mo2V:最高温度达700℃,适合于热挤压模。
(4)4Cr3MoSiV(CH75):工作温度达700℃。
(5)3Cr3Mo3W2VRE:在3Cr3Mo3W2V钢中入0.06%RE,细化晶粒,显著提高塑性、韧性和寿命。
(6)4Cr5MoWVSi(H12):热强性优于H13钢,具有良好的韧性的抗热疲劳性,代号H12、适合于热挤压模、镦锻模。
(7)4Cr3Mo2NiVNb(HD:各类热作模具;
(8)4Cr3Mo2NiVNbB(HDB):提高了断裂韧性和热疲劳抗力。工作温度达700℃以上,使用寿命比3Cr2W8V钢高2-2.5倍。
(9)4Cr5Mo2SiMnV1(Y10):使用寿命比3Cr2W8V钢高标准2-6倍,适于制造温度较高,与工件接触时间长,易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具。
(10)4Cr3Mo3W4VTiNb(GR):使用寿命比3Cr2W8V钢高标准2-6倍,适于制造温度较高,与工件接触时间长,易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具。
(11)6W8Cr4VTi(LM1)和6Cr5Mo3W2VSiTi(LM2)钢,具有良好的热强性,高的等温强度,高温硬度,回火稳定性和耐磨性好。冷热模具兼用钢,模具寿命比3Cr2W8V钢高几倍。
(12)4Cr3Mo2MnVB(ER8):模具寿命是3Cr2W8V钢的2-4倍。
(13)4Cr3Mo2MnVNbB(Y4):模具寿命是3Cr2W8V钢的2-4倍。
(14)5Cr4W3Mo2VSi(50Si)和5Cr4W3Mo2VNb(50Nb):基体钢。适合于热挤压模。