中文名称：热作模具钢 英文名称：hot-work die Steel 定义：适用于制造金属热变形加工模具（如热冲压模具、锻造模具、压铸模具等）的合金工具钢。 热作模具钢有适当的硬度要求，重点是红硬性、导热性、耐磨性。 因此碳含量较低，合金元素主要用来提高淬透性、耐磨性和红硬性。

工作环境

热作模具钢包括锤锻模具、热挤压模具和压铸模具。 正如之前所提。 热作模具工况的主要特点是与铁水接触，这是与冷作模具工况的主要区别。 这会带来以下两个问题：

热作模具钢

(l)加热模具型腔表面的金属。 通常在锤锻模工作时。 模腔表面温度可达300-400℃以上，热挤压模具可达500-800℃以上； 压铸模具的型腔温度与压铸材料的种类和浇注温度有关。 例如，压铸黑色金属时，模腔温度可达1000℃以上。 如此高的工作温度会显着降低模具型腔的表面硬度和强度，使使用过程中容易出现堆料现象。 为此。 热模具钢的基本性能要求是高的热塑性变形抗力，包括高温硬度和高温强度，高的热塑性变形抗力实际上反映了钢的高回火稳定性。 由此，我们可以找到第一种合金化热作模具钢的方法，即添加Cr、W、Si。 等合金元素可提高钢的回火稳定性。

(2)模具型腔表面金属发生热疲劳(裂纹)。 热模的工作特点是间歇性的。 每次铁水成型时，必须用水、油、空气等介质冷却模具型腔表面。 所以。 热模具的工作状态是反复加热和冷却，使模具型腔表面的金属反复进行热胀冷缩，即反复承受拉应力和压应力。 其结果是模具型腔表面出现裂纹，称为热疲劳。 因此，对热作模具钢提出了第二项基本性能要求。 即，具有高的耐热疲劳性。 一般来说，影响钢材抗热疲劳性能的主要因素有：①钢材的导热系数。 钢材的高导热性可以降低模具表面金属的受热程度，从而降低钢材的热疲劳倾向。 一般认为，钢的导热系数与碳含量有关。 当碳含量高时，导热系数低，因此高碳钢不宜用作热作模具钢。 生产中通常采用含碳量过低的中碳钢（C0.3%5~0.6%）。 会导致钢材的硬度和强度下降。 这也是不利的。 ②钢材临界点的影响。 通常钢的临界点（Acl）越高。 该钢具有较低的热疲劳倾向。 所以。 一般通过添加合金元素Cr、W、Si、Ni来提高钢的临界点。 从而提高钢的抗热疲劳性能。

常用

锤锻模具钢

总体来说，锤锻模具用钢存在两个突出问题。 一是运行时的冲击载荷。 因此，对钢材的力学性能要求较高，特别是抗塑性变形能力和韧性； 其次，锤锻模截面尺寸大（

热挤压模具钢

热挤压模具的工作特点是加载速度慢。 因此，模腔的加热温度较高，通常可达500～800℃。 对这类钢的性能要求应以高的高温强度（即高的回火稳定性）和高的抗热疲劳性能为基础。 对ak和淬透性的要求可适当降低。 一般热挤压模具尺寸较小，常小于70～90毫米。 常用的热挤压模具有4CrW2Si、3Cr2W8V和5%Cr型热作模具钢。 其化学成分见表4.16。 其中4CrW2Si。 既可用作冷作模具钢，又可用作热作模具钢。 由于用途不同，可采用不同的热处理方法。 制作冷模具时，采用较低的淬火温度（870-900℃）和低温或中温回火处理； 制作热模具时，采用较高的淬火温度（一般为950-1000℃）和高温回火处理。

压铸模具钢

一般来说，压铸模具用钢的性能要求与热挤压模具用钢相似，即主要要求高的回火稳定性和高的抗热疲劳性能。 因此，通常选择的钢种与热挤压模具所用钢种大致相同。 像平常一样使用 4CrW2Si。 及3Cr2W8V等钢种。 但有所不同，如熔点较低的锌合金压铸模具。 可选用40Cr、30CrMnSi、40CrMo等； 对于铝、镁合金压铸模，铜合金压铸模可采用4CrW2Si、4Cr5MoSiV等。 多采用3Cr2W8V钢。 最近几年。 随着黑色金属压铸技术的应用，常采用高熔点的铝合金和镍合金。 或对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，制作黑色金属压铸模具。 近年来，国内外正在尝试使用高强度铜合金作为黑色金属压铸模具材料。

钢材分析

⒈大断面热锻模具钢

为了弥补5CrMnMo、5CrNiMo在较大截面和较高温度下热稳定性、热疲劳性和淬透性不足的缺点，提出了45Cr2NiMoVSi（简称45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（简称5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2)等大断面热锻模具钢。 与5CrNiMo相比，45Cr2、5Cr2同时含有较高的Cr、Mo和少量的V，使CCT曲线上的高温转变区上移，低温转变区明显右移，提高了淬透性。钢材。 。 断面尺寸500*500mm以下的模具经970-990℃淬火、650-680℃回火，硬度可达HRC36-44。 45Cr2、5Cr2还具有二次硬化能力，其高温强度比5CrNiMo钢高50%。 %，热稳定性高100~150℃，冲击韧性相当。 此外，钢的抗热磨损性能、抗热疲劳性能和抗热裂纹扩展性能也比5CrNiMo强。 这两类钢用于12000t以下的机械压力模具和16t以下的模锻模具。 模具的使用寿命是同类型5CrNiMo钢模具的数倍。

⒉中小型热锻模具钢

中小型热锻模表面温度可达600℃以上，5CrMnMo、5CrNiMo的高温性能明显不能满足要求。 3Cr2WSV钢具有较高的高温强度，但韧性和热疲劳性能较差。 为此，我国较早开发了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）等3%Cr-3%Mo和3%Cr-2%Mo型中碳铬高强度热作模具钢。 其中3Cr3Mo3VNb是在所形成的合金的基础上进一步调整2Cr3Mo3VNb的成分而获得碳化物所需的碳量。 这两种钢中均添加3%左右的Mo，不仅可以提高钢的淬透性、防止回火脆性，而且可以提高钢的热稳定性。 添加V、Nb可以细化晶粒，降低钢的过热敏感性。 因此，钢具有淬透性高、淬火加热温度范围宽、过热敏感性低、高温强度高、热稳定性好、塑韧性好、冷热疲劳性能好、热磨损性能好等特点，用于制造不锈钢（2Crl3）等热锻模、轴承凹模、滚子锻模均取得了良好的效果。

除上述30Cr-30Mo热作模具钢外，我国研制的5%Cr系列中碳中合金热作模具钢已广泛应用于热锻模具。 适合制造工作温度在600℃以下，对韧性和韧性影响较大的材料。 塑性要求较高的模具。 此外，该钢还可用作塑料模具钢。 目前，4Cr5MoV1Si钢的优良性能在国内已得到广泛认可，应用量已较大。 许多大学、科研院所和钢厂投入大量资金进行这种钢材的研究和生产质量的提高，并创建了自己的优质品牌。

⒊压铸模具钢

在有色金属压铸中，3Cr2W8V曾是广泛使用的模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金钢也用作铝锌合金压铸模具钢。 3Cr2W8V的热疲劳性能较差，模具的使用寿命不长。 为此，我国开发了几种新型模具钢，如4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）和4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）。

4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）是针对铝合金压铸模具而开发的。 该钢与3Cr2W8V钢相比，具有抗冷热疲劳性能好、热处理变形小、抗铝溶解性能好等优点。 模具的使用寿命一般采用3Cr2W8V钢制造的模具使用寿命提高一倍以上。 该钢还可用于制造工作温度在600℃以下的中小型热锻模具。

⒋铜铝型材热挤压模具钢

铜合金热挤压模具的穿孔针和底模与高温铜坯长期接触，模具使用条件恶劣。 用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si钢制作此类模具时，模具的使用寿命一直较低。 国内曾尝试采用奥氏体热作模具钢来解决模具寿命低的问题，但由于该钢的热疲劳性能较差，尚未得到满意解决。 在此背景下，国内相关大学、科研院所和钢厂相继推出了能够提高此类模具使用寿命的钢种。 在相同硬度（HRC43）下，其断裂韧性比3Cr2W8V钢高30%。 采用HD钢制造的铜合金管材挤压底模和穿孔针的使用寿命约为3Cr2W8V钢的2倍，在轴承套圈热挤压冲头和凹模、阀门挤压底模等方面也有成功应用的实例。 。 采用Y4钢制作铜合金挤压模底模和冲针头，模具的使用寿命比3Cr2W8V钢制作的模具提高一倍以上。

5、高温玻璃模具钢

玻璃制品模具要求模具材料具有优良的高温抗氧化性能和冷热疲劳性能、良好的耐芒硝腐蚀性、足够高的强度、良好的抛光性能、易于脱模。 这类模具常用铸铁、合金铸铁或3Crl3不锈钢制造，钢材的性能远远不能满足实际需要。 为此，国内开发了代号GY的高温玻璃模具钢。 该钢是Si-Cr-Mo预硬钢，具有良好的热疲劳性能和冷疲劳性能、优异的抗氧化性能、优异的热接触性能和高玻璃粘附温度。 该钢经过预硬化（HRC35左右）后进行加工，具有良好的加工性能。 特别适合制造玻璃熔化或成型温度高、表面质量要求高的玻璃制品模具。