如何提高热挤压模具钢的耐疲劳性？

    对于热挤压模具钢，主要要求有高的热稳定性，较高的高温强度、耐热疲劳性以及高的耐磨性。这类钢基本上可以分为三类，即Cr系、W系和Mo系。其中应用较广泛的是Cr系和W系。无锡瀚超推荐的应用于热挤压模具的热作模具钢钢种包括：ER8(4Cr3Mo2MnVB)、HM1(3Cr3Mo3W2V)、HM3(3Cr3Mo3VNb)、H21(3Cr2W8V)、HD(4Cr3Mo2NiVNb)、GR(4Cr3Mo3WVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)、Y10(4Cr5Mo2MnVSi)等。
    Cr系热作模具钢一般含有约5%Cr，并加入W、Mo、V、Si。由于含Cr较高，因而有较高的淬透性。加入1%Mo时，淬透性更高，故尺寸很大的模具淬火时也可以采用空冷。这类钢淬火及高温回火后具有高的强度和韧性。这类钢中含有Cr和Si，这不仪提高了钢的临界点，有利于提高钢的抗热疲劳性能，而且还使得这类钢具有良好的抗氧化性能。此外，钢中的V可增强钢的二次硬化效果。典型的是4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV1钢的过冷奥氏体等温转变图如题图所示（4Cr5MoSiV1钢的过冷奥氏体等温转变图，1010℃奥氏体化）。由图可以看出，在450℃以上，有先共析碳化物析出的C曲线，所以在淬火冷却过程中应以较快的冷却速度迅速冷到400～450℃，以防止先共析碳化物的析出。4Cr5MoSiV1钢有较高的临界点，Ac1为875℃，Acm为935℃。rf1于含较多的钒，钢有良好的抗过热敏感性。淬火硬度随淬火温度升高而增高，到1050～1070℃时达到最高值。超过此温度范围硬度很少增加，而奥氏体晶粒开始长大。所以4Cr5MoSiV1钢的淬火温度为1020～1050℃，奥氏体晶粒度为8～10级，含有少量剩余M6C和MC型碳化物和一定量的残余奥氏体。参照4Cr5MoSiV1钢淬火后回火温度与硬度的关系图可知，钢的次生硬化峰在550℃左右，进一步升高回火温度，硬度迅速下降。当回火温度为620～630℃时，仍能保持HRC45左右的硬度。钢的回火温度为580～600℃，硬度为HRC48～50，ob为1600～1800MPa，oS为1400～1500MPa，6为9%～12%，1l，为45%～50%，冲击韧性为40～50J/Crri2。
    如果进一步降这类钢中的杂质含量，还可以显著改善钢的抗热疲劳性能和韧性。4Cr5MoSiV1钢的磷的质量分数从0.03%降到0.01%，冲击值提高1倍；若进一步降到0.001%，则可提高冲击值2倍。另外，提高钢的横向韧性和塑性，提高其等向性，使其与纵向性能接近，则可大幅度提高模具的使用寿命。国产新型热作模具钢——高级H13(4Cr5MoSiV1A)，磷、硫含量极低，组织细化处理，大幅度提高模具的使用寿命。
    Cr系热作模具钢主要用于尺寸不大的热锻模具、铝及铜合金的压铸模具、钢及铜合金的热挤压模具、热剪切模具、精密锻造模具及各种冲击和急冷条件下工作的模具，成为主要的热作模具钢钢种。
    W系热作模具钢的主要特点是具有高的热稳定性，含W量愈高，热稳定性愈高。典型的是3Cr2W8V。Cr增加钢的淬透性，使模具具有较好的抗氧化性能；W提高热稳定性和耐磨性；V可增强钢的二次硬化效果。这种钢由于含有大量的合金元素，使得共析点S大大左移，因此其C含量虽然很低，但已属过共析钢。较低的C含量可以保证钢的韧性和塑性；碳化物形成元素W和Cr能提高钢的临界点，因而提高钢的抗热疲劳性能，同时在高温下比低合金热作模具钢具有更高的强度和硬度。
    3Cr2W8V钢的始锻温度为1080℃～1120℃，终锻温度为900℃～850℃，锻压后先在空气中较快地冷却到700℃，随后缓冷。退火工艺为830℃～850℃，保温3～4h后，以≤40℃/h的冷速炉冷至≤400℃，出炉空冷，也可以采用等温退火，硬度为241HB。退火态组织为铁素体基体上分布着M2C和M23C6。最终热处理工艺采用淬火及高温回火，淬火加热一般采用800℃～850℃预热，1080℃～1150℃淬火加热。对于要求高温力学性能时（如压铸模），则采用上限加热温度，使合金碳化物充分溶解，以保证高硬度和高的热硬性；对于承受一定冲击载荷，要求有较好韧性的模具（如热锻模），则采用下限淬火温度。淬火时的冷却可采用油冷。为了减少变形，也可进行分级淬火。淬火后的组织为马氏体和过剩碳化物（6%左右）以及残余奥氏体。硬度为50～55HRC。回火温度一般采用560℃～600℃，回火两次。为避免回火脆性，回火后应采用油冷，然后再经160℃～200℃补充回火。回火后组织为回火马氏体+过剩碳化物，硬度为40～48HRC。这类钢主要用于制造高温下承受高应力，但不承受冲击负荷的压铸模、热挤压模和顶锻模等。
    对于压铸模具钢，其使用性能基本与热挤压模相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤压模相同，如常采用3CrW8V和4Cr5W2SiV等。但又有所不同，如对熔点较低的Zn合金压铸模，可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模，则可选用4Cr5W2SiV、4Cr5MoSiV等；对Cu合金，多采用3Cr2W8V。近年来，随着黑色金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的钼合金和镍合金，或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-Si三元共渗，用以制造黑色金属压铸模。也有采用高强度铜合金作为黑色金属的压铸模材料。无锡瀚超推荐几种高性能的压铸模具钢包：Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)、Y10(4Cr5Mo2MnVSi)、D.Casking、高级H13(4Cr5MoSiV1)、Dievar等，Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)是一种铜合金压铸模专用模具钢，Y10(4Cr5Mo2MnVSi)是铝合金压铸模专用模具钢。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部
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