二、热挤压模具和压铸模具钢 1、工作条件 （1）高温金属挤压变形或凝固； (2)反复加热和冷却，由于与高温金属接触时间长，热疲劳和热侵蚀比热严重锻造。 (3)高温金属或金属液流的腐蚀作用。 铝合金压铸模具2、性能要求（1）良好的高温机械性能（强度、韧性、耐磨性）； (2)优良的抗热烧蚀性能(包括：抗热疲劳性能和抗氧化性能)和抗热冲刷能力。(3)耐腐蚀性能。 (4)良好的导热性 (5)高淬透性。 压铸模具钢材的选择首先必须根据浇注金属的温度和浇注金属的类型来确定。 锌合金、铝合金、镁合金是低熔点金属合金。 制造压铸模具可选用30CrMnSi、40Cr、5CrMnMo等低合金钢。 例如压铸锌合金模具可采用5CrMnMo钢或40Cr调质钢。 压铸铝镁合金模具目前常采用3Cr2W8V、H13和4Cr5MoSiV1钢。 铜合金和黑色金属具有相对较高的熔点并且基于难熔金属。 合金，如钼基合金、钨基合金等。 3、塑料模具用塑料模具钢的要求：①加工表面应具有较高的光洁度，因此要求模具材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高； ②表面耐磨、耐腐蚀，能长期保持表面光滑度； ③具有足够的强度和韧性，能承受一定的载荷而不变形； ④变形应小，以保证互换性和配合精度。

塑料模具使用的钢材种类非常广泛，目前已纳入国家标准的塑料模具专用钢只有十几种左右。 塑料模具的制造成本较高，材料成本只占模具成本的一小部分，通常为10%~20%，有时甚至低于10%。 因此，模具材料一般优先考虑工艺性好、性能稳定、使用寿命长的材料。 常用牌号有SM4Cr5MoSiV、SM2Cr13等（S代表塑料，M代表模具）四、热变形模具钢化学成分及热处理1、成分：与合金调质钢相似，C≤0.5%（有的一般可以达到0.6~0.7%），保证钢材有足够的韧性； 含有Cr、Mn、Ni、Si等合金元素，强化铁素体，提高淬透性，属亚共析钢； 为了防止回火脆性，提高热强度、热疲劳性能和耐磨性能，需要添加W、Mo、Cr、Si。 高热强度、抗热疲劳性和耐磨性是热变形模具钢在性能上区别合金调质钢的重要特性。 2、热处理 最终热处理：淬火+高温回火。 获得回火屈氏体或回火屈氏体结构。 保证高韧性、高温热强度和高温热疲劳性能。 回火时W、Mo、V等碳化物析出，产生二次硬化，使模具钢在较高温度下仍能保持相当高的硬度。 这是热变形模具钢正常运转的重要条件之一。 五、常见热变形模具钢 1、应用最广泛的锤锻模具钢是5CrNiMo和5CrMnMo钢。

用于制造重载荷、形状复杂、高强度、高韧性的大型锻模。 2、常见的热挤压模具钢种类有：Cr系列、W系列、Mo系列。 Cr系列：常用的有Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV等。 含5%Cr，具有高淬透性、高强度和韧性、良好的抗氧化性能。 常用于制造小型热锻模具、钢、铜热挤压模具、铝合金、铜合金压铸模具。 W系列：3Cr2W8V钢应用最多，具有较高的热稳定性和耐磨性，但韧性和抗热疲劳性能较差。 国外残疾人。 铬系：常用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV等。 具有高淬透性、高强度和韧性、良好的抗氧化性能。 常用于制造小型热锻模具、钢、铜热挤压模具、铝合金、铜合金压铸模具。 3Cr2W8V钢应用最多，具有较高的热稳定性和耐磨性，但韧性和抗热疲劳性能较差。 国外已经基本停产，被H13取代。 钨系列：§4.6量具钢 1、量具用钢的基本性能应是摩擦、高精度和稳定性→应具有以下性能：高硬度（一般为58~64HRC）和高耐磨性； 高尺寸稳定性（这需要高结构稳定性）； 表面粗糙度低，具有一定的韧性（抗冲击、抗破碎）和特殊环境下的耐腐蚀性。 二、量具钢的选用 1、低合金工具钢：CrWMn、GCr15→淬透性高→淬火变形小→耐磨尺寸稳定→高精度块规、塞规等。

2、其他钢种的选用 1）碳素工具钢：T10A、T12A等→淬透性低→淬火变形大→精度低、尺寸小、形状简单的卡尺、量规等。 2）表面淬火钢：渗碳钢（ 20Cr）调质钢（55）→卡尺、直尺、样板、大型量具等精度低、形状简单、影响大； 表面淬火特殊氮化钢（38CrMoAlA）→高耐磨、耐腐蚀、尺寸稳定性高。 3）不锈钢：4Cr13、9Cr1→耐磨、耐腐蚀（腐蚀条件下工作） 3、量具钢的热处理特性∵要求变形量尽可能大； 组织稳定→淬火加热时预热； 保证机械性能的先决条件 降低↓淬火温度，（碳化物溶解较少）↓ AR。 淬火后立即冷处理 4.7 其他类型工具钢 1.修边、冲孔、剪切等用耐冲击钢。剪切力比一般模具小，刃口比切削工具的冲击力薄，且冲击力大。 耐磨性和韧性高↑韧性↑耐磨性↓C%，↑回弹，成型稳定K+Si、W+W、V中高碳，0.4~0.6%低合金，+W、Si、V、Cr常用钢种4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。Si、Cr：↑低温回火稳定并延迟低脆性区，因此回火温度可↑至280℃以获得更高的韧性，特别是Si元素更有效; 这些元素是↑可硬化的耐久性、强度和耐磨性。

W：为进一步提高耐磨性和细化晶粒，W还可以有效降低回火脆性，因此含W钢可在430~470℃回火，以获得较好的韧性。 2、塑料模具对塑料模具钢的要求：①加工表面应具有较高的光洁度，因此要求模具材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高； ②表面耐磨、耐腐蚀，能长期保持表面光滑度； ③具有足够的强度和韧性，能承受一定的载荷而不变形； ④变形应小，以保证互换性和配合精度。 塑料模具使用的钢材种类非常广泛，目前已纳入国家标准的塑料模具专用钢只有十几种左右。 塑料模具的制造成本较高，材料成本只占模具成本的一小部分，通常为10%~20%，有时甚至低于10%。 因此，模具材料一般优先考虑工艺性好、性能稳定、使用寿命长的材料。 常用牌号有SM4Cr5MoSiV、SM2Cr13等。 总结：耐磨性与韧性的合理结合是工具钢的主要矛盾。 工具钢的合金化和热处理工艺基本上都是围绕这个主要矛盾进行优化和设计的。 在工艺措施方面，常采用预热和预冷。 淬火常用等温、分级、二液淬火等方法，并要求及时返回。 火。 尽可能降低淬火应力，减少变形和开裂倾向，稳定组织。 组织控制：淬火加热时K的溶解量决定基体的碳含量和合金化程度。 回火过程中，组织性能主要取决于回火温度。

K的形状、尺寸、数量和均匀性对刀具的性能影响很大。 工具钢的锻造和预处理工艺非常重要。 它决定了工具钢在最终热处理前的组织状态，特别是K的形状和分布。这是保证最终热处理性能质量的基本前提。 * * * *思考问题：为什么高速钢在分级淬火时不宜在950~675℃温度范围内停留过久？ W18Cr4V钢为过冷奥氏体等温转变曲线，奥氏体化后1300℃回火：高速钢一般需在560℃左右进行3次回火。 淬火状态 M + 约 30% AR + K 回火 IM 回火 + M + >10% AR + K1 回火 II 回火 III M 回火 + M + 少量 AR + K2 M 回火 +AR (少量) + K3 ( K1等以示区别）W18Cr4V高速钢回火次数与残余奥氏体量的关系（a）与性能（b）W18Cr4V钢回火一次金相组织（400X）W18Cr4V钢回火金相组织三火（400X）同时热处理：关键是正确选择回火温度和保温时间以配合淬火工艺。 思考：可能是什么问题？ 表面处理：强化方式：化学热处理或刀具表面涂层表面渗氮、表面硫氮化等多组分共渗、蒸汽处理等，<560℃。

物理气相沉积（PVD 方法）在表面沉积 TiC 等涂层。 新型工具钢：日本神户制钢公司开发了粉末工具钢Fe18Cr2Mo1V2.2C（KAD181），HIP后不需要锻造。 具有非常好的性能，广泛应用于模具、辊子、刀具等。美国开发了坩埚粉末冶金（CPM）↑韧性和耐磨性，↑使用寿命。 例如CRM T440V（Fe17Cr0.4Mo5.5V）的耐腐蚀性与不锈钢T-440C相似，但耐磨性是T-440C的数倍。 制作的造粒机刮刀实际使用寿命是T-440C的20倍。 经济合金化是高速钢的一个发展方向，在不降低性能的情况下尽可能降低钢中的W含量。 工模具表面技术：是高速刀具发展的重要方面。 近年来，已成功采用离子渗透方法在刀具表面涂覆TiC、TiN、Ti(C,N)等涂层，发挥了优越的性能。 对新型刀具材料的开发具有重要意义。 日本开发出基于硼砂熔盐的稀土钒共渗工艺。 经过该工艺处理的模具耐磨性比常规处理提高2.8倍。 这些研究提高了工具和模具的性能和使用寿命。 这些研究都是不容忽视的发展课题。 4.4 冷作模具钢在冷态下具有变形、拉伸、冲压、冷镦或冷挤压等共同特性。 工作T不高，模具主要承受高压或冲击力。 强摩擦的主要技术要求是高硬度和耐磨性，并有一定的韧性。 技术要求 一、冷作模具钢概述 1、用途：制造金属在常温下变形的模具。

2、性能要求 (1)高硬度、高强度、高耐磨性。 (2)有一定的韧性。 (3)淬透性高。 (4)淬火变形小。 3、常用钢种 (1)碳素及低合金工具钢。 (2)高铬、中铬冷作模具钢。 (3)基础钢和低碳高速钢。 (4)新型冷作模具钢。 一些典型的冲压模具及制品 二、碳素及低合金模具钢 1、碳素模具钢 常用的冷变形模具钢有：T8A、T10A、T12A等。 便宜的价格。 缺点：淬透性差、耐磨性差、淬火变形大、使用寿命低。 用途：制造尺寸小、形状简单、低负荷的模具或没有深硬化层、要求韧性高的冷镦模具。 2、低合金冷变形 常用的低合金冷变形模具钢有9Mn2V、CrWMn、GCr15、9SiCr等。性能特点：与碳素工具钢相比，该类钢具有较高的淬透性，热处理变形较小，具有较好的加工性能。耐磨性。 用途：制造刀具尺寸较大、形状复杂、精度要求较高的模具。 9Mn2V的特点：①Mn↑淬透性，D油=～30mm； ②Mn↓↓MS、AR约20~22%，变形小； ③V可克服Mn、↓过热敏感性的缺点，细化晶粒； ④硬度稍低，回复稳定性差→200℃以下回火； ⑤ VC使钢的磨削性能变差。

可采用各类中小型冷作模具。 3、高铬、中铬冷作模具钢高C高铬冷作模具钢的成分特点：较高的C（1.4~2.3%）、大量的Cr（11~13%）、少量的Mo Mo(W)和V的作用：提高回火稳定性，提高淬透性，细化组织，提高韧性。 主要钢种：Cr12：2-2.3%C、12%Cr。 Cr12MoV：1.45-1.7%C、12%Cr、0.5%Mo、0.2%V。 2、高碳高铬冷变形模具钢的热加工及热处理。 高碳高铬冷变形模具钢的锻造和退火：高碳高铬钢的组织和性能与高速钢有许多相似之处，也是莱氏体组织。 钢。 铸态组织中还含有共晶莱氏体，必须通过轧制或锻造来破碎，以打碎共晶碳化物，减少碳化物分布不均匀。 等温球化退火通常用于锻后软化。 A1温度为800℃~820℃，因此等温球化退火的加热温度一般为850℃~870℃，保温3h~4h； 退火等温温度720℃~740℃，保温6h~8h，炉冷至500℃以下出炉空冷。 等温球化退火后的组织与高速钢退火组织相似，为索格利特型珠光体+粒状碳化物。 退火后硬度为207~267HB。 高碳高铬钢的淬火和回火有两种工艺方法：（1）一次硬化处理采用较低的淬火温度和低温回火。

选择较低的淬火温度，晶粒会更细，钢的强度和韧性会更好。 通常Cr12MoV钢在980~1030℃淬火。 如果要获得较高的硬度，可采用淬火温度的上限。 回火温度一般为150-170℃。 硬度HRC61-63。 随着回火温度升高，硬度降低，但强度和韧性增加。 大多数Cr12钢冷变形模具均采用此工艺。 (2)二次硬化处理为较高温度淬火(如Cr12MoV采用1050~1080℃淬火温度)，然后进行多次(2~3次)高温回火(490~520℃)进行二次硬化的目的。 这会导致较高的回火稳定性，但会稍微降低钢的强度和韧性。 二次硬化处理适用于工作温度高（400-500℃）、低负荷的模具或淬火后表面需氮化的模具。 Cr12MoV钢的硬度、残余奥氏体量与淬火温度的关系。 高碳高铬冷变形模具钢具有以下特点：①高耐磨性和硬度：回火时析出大量淬火溶解的碳化物M7C3。 ②淬透性高：淬火加热时A中固溶大量合金元素Cr、Mo等，提高了过冷奥氏体的稳定性。 直径大于200~300mm的工具、模具可完全淬硬。 ③淬火变形小：通过调整淬火温度，调整淬火组织中的残余A量，从而调整淬火变形量（？）。 ④红硬性高：高温回火处理产生二次硬化。 ⑤铸态组织为高碳亚共晶组织； 淬火加热时有大量未溶碳化物（Cr7C3），耐磨性良好。

⑥碳化物不均匀严重：（？）需锻造或轧制，以提高其分布的均匀性。 四、高碳中铬模具钢 1、中铬模具钢的成分及特点。 典型钢种：Cr6WV​​、Cr4W2MoV 和 Cr5Mo1V。 W、Mo、V的作用与高C、高Cr模具钢相同。 碳含量比较低，铬含量也低，属过共析钢，但仍存在一些莱氏体共晶。 碳化物主要为Cr7C3，少量M6C、MC类型。 碳化物分布较均匀（α），退火状态含碳化物约15%。 耐磨性好，热处理变形小，适用于既要求耐磨又要求一定韧性的模具。 2 淬火、回火 Cr6WV​​淬火温度通常为960-980℃，热油淬火，150-200℃回火，硬度HRC58-62。 提高淬火温度以获得最高的硬度和淬透性。 耐磨性低于Cr12钢，但具有较好的强度和韧性。 Cr4W2MoV：因含V，可细化奥氏体晶粒。 一次淬火法（960～980℃淬火，260～320℃回火1小时，2次）和二次淬火法（1020～1040℃淬火，500～540℃回火1～2h，3次） 、耐磨性和回火稳定性均优于Cr6WV​​。 4.5 热加工模具钢可使热金属或液态金属获得所需的形状。 模具在反复加热和冷却的条件下工作。 模具受热时间越长，受热程度越严重。 许多模具还承受很大的冲击力。

工作条件恶劣。 模具钢应具有高的抗热塑性变形能力、高韧性、高的抗热疲劳性能、良好的抗热烧蚀性能。 使用条件的技术要求要求钢的含碳量一般为0.3~0.6%，并加入Cr、Mo、W、Si、Mn、V等合金元素，以改善钢的各种性能。 热作模具钢按工况条件可分为热锤锻模具钢、热挤压、热镦及精锻模具钢和压铸模具钢三类。 一、热锻模具钢 1、工作条件 (1)冲击载荷大。 (2)压应力、拉应力、弯曲应力较大。 ; (3)热疲劳。 表面反复加热至400°C，然后冷却。 (4)摩擦力。 2、性能要求（1）高强度、高冲击韧性； （2）一定的硬度和耐磨性（HRC33~47） （3）淬透性高，使模具钢的整体性能均匀 （4）良好的导热性； (5)优良的抗热疲劳性能。 C：一般为0.45~0.60%，以保证一定的硬度和冲击韧性。 Cr：一般在1%左右，↑淬透性，↑回弹性，提高AK； Ni：能↑↑AK，并与Cr共同提高钢的淬透性； Mn：主要替代Ni，但Mn↑过热敏感性和回火脆性。 Si：能量强度、稳定性和热疲劳抗力，Si含量