◇高教讨论◇科技圈指南2011年20期热作模具钢发展现状概述孙树明李静f中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州2211116)[摘要]本文阐述了热作模具钢的发展现状，对低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢主要钢种的性能、应用及热处理方法进行了分析。[关键词]热作模具钢；分类；性能O.引言现代工业。模具领先地位模具制造业作为一个国家工业发展水平的重要标志之一，在我国工业发展中占有重要地位。模具成形具有生产效率高、材料利用率高、降低产品生产成本的特点。本文仅对热作模具钢的发展进行综述。 由于热作模具钢的工作条件比较恶劣，因此热作模具钢应具备以下特点： (1)在工作温度下具有高的热强度 (2)良好的综合力学性能。如韧性、硬度、抗疲劳性 (3)具有一定的抗氧化性 (4)使用寿命长 1、热作模具钢的发展 根据文献[1]中热作模具钢的分类： 热作模具钢主要分为低合金热作模具钢、中合金铬热作模具钢和高合金钨钼热作模具钢三类。 （1）低合金热作模具钢：主要有5CrNiM0、5CrMnMo、4Cr3M02V1等Cr-Ni-Mo系列钢种 （2）中合金热作模具钢：主要有4Cr5M0SiV1、4Cr5Mo2V、4cr3Mo2Ni VNb等铬系列钢种 （3）高合金热作模具钢：主要有3Cr2W8V、4Cr3M03W4VNb、W9Mo3Cr4V等钨系列钢种 1.1低合金热作模具钢 ①5CrNiMo、5CrMnMo钢 20世纪80年代以前，常用的热作模具钢有5crMnMo和5crNiMo，该类钢要求具有较高的淬透性、良好的冲击韧度、良好的热导率，以及较高的抗热疲劳性能。 但5CrMnMo、5CrNiMo钢的淬硬性不能满足大截面锤锻模具的要求，使用温度不能超过500℃，目前该类钢已逐渐​​被淘汰。这种低耐热高韧性钢（cr3M02V1钢）4Cr3Mo2V1钢是一种低合金热作模具钢，是在H13钢的基础上发展起来的。

其研发主要依据是H13的铬含量（5％左右）过高，淬火后回火时铬与碳可形成高铬碳化物，不利于抗回火软化性能最高的碳化钒的生成，从而降低了H13钢的高温热强度。因此含铬量较少（2.5％）的4Cr3Mo2V1钢，其热强度比H13钢高，特别适用于制作既要求耐高温又要求有高韧性、高的抗热疲劳性能的热挤压模具。4Cr3Mo2V1钢的缺点是生产成本相对较高。1.2中合金热作模具钢 ①4Cr5MoSiV1钢 4Cr5MoSiV1钢（代号H13）是第二代热作模具钢的典型代表，应用十分广泛。 由于具有良好的热强度、红硬性和抗热疲劳性能，在铝合金热挤压模、压铸模中得到广泛应用。由于化学成分优化。含有大量的Cr、Mo、V等合金元素，基本能满足热作模具的性能要求。H13钢与高韧性热作模具钢5CrNiMo、5CrMnMo相比，具有较高的热强度、耐热性和淬透性。与3Cr2W8V相比，具有较高的韧性和抗热震性。 但工作温度大于600度时H13钢的热强度较差(~Cr5Mo2V钢4Cr5Mo2V钢是在H13钢的基础上发展起来的，从合金成分设计研究来看，低Si、高Mo的合金化设计，可以在保持模具材料良好的热强度的同时，提高韧性，4Cr5Mo2V钢就是基于这种合金化设计思想而开发的。研究表明[5 1:淬火温度和回火温度对4Cr5Mo2V的性能有明显的影响，建议淬火温度为1030oC。

4Cr5Mo2V钢经600℃回火后，在保持与H13钢相当的硬度的同时，具有较高的韧性和塑性，4Cr5Mo2V钢的室温冲击韧性比H13钢强，经此热处理后，总体冲击韧性提高34.39％。（～）4cr3Mo2NiVNb钢4cr3Mo2NiVNb钢（代号HD）是一种新型热作模具钢，通过降低Mo、V含量，添加Ni、Nb，提高了钢的室温、高温韧性和热稳定性，在700℃时仍能保持40HRC的硬度。在同样的硬度条件下，HD钢的断裂韧性比3Cr2W8V钢提高50％左右。 在700~C高温下抗拉强度提高70%，抗冷热疲劳性能和热磨损性能分别提高1倍和50%。3高合金热作模具钢①3Cr2W8V钢3Cr2W8V钢是我国传统的热作模具用钢，含有Cr、W、V等碳化物形成元素，钢锭中存在成分偏析、大量共晶碳化物等常见缺陷。如果模具中碳化物偏析严重，容易产生应力集中，直接影响模具的使用寿命。但通过改进该钢的生产工艺，如预处理工艺、稀土合金元素变质等，可以提高3Cr2W8V钢的性能。

研究表明，tn：lO 50~Cxlh高温固溶+850~x0。5h再经750~x0。5hf三次）循环球化退火，可细化钢中的碳化物，细化奥氏体晶粒，是一种双重细化预处理工艺，可提高韧性和热疲劳性能。另有研究表明，对3Cr2W8V钢进行稀土合金化处理，可有效改善钢中共晶碳化物的偏析程度，从而提高钢的质量。 ②4cr3M03w4v Nb钢 4cr3M03w4V Nb钢。含钨较高，并含有少量的钛和铌。具有最高的热强度和热稳定性，以及良好的抗热疲劳性能。 与5Cr4W5Mo2V钢相比，降低了铬、钨元素，增加了钛、铌含量，细化了晶粒，保持了较高的热稳定性和高温硬度。碳化物分布更均匀55HRC，抗拉强度和冲击韧性明显提高。该钢具有良好的淬透性和冷热加工性能，主要用于加工变形抗力大、浅沟槽的热锻模具和高温金属的热锻模具。模具的使用寿命比3Cr2W8V钢模具有很大的提高。W9Mo3Cr4V钢以中等含量的钨为主，加入少量的钼，采用适当控制碳、钒含量的方法，达到提高性能、提高质量、节省合金元素的目的，是一种通用型钨钼高速钢片莱氏体钢。

W9Mo3Cr4V钢经热处理后具有较高的硬度和耐磨性，同时具有较高的热硬性、高的淬透性和足够的塑性和韧性。1912.结语我国热作模具钢主要分为低合金热作模具钢、中合金铬热作模具钢、高合金钨钼热作模具钢三大类，三类钢基本都符合热强度高、硬度高的规律，适用于不同的工作要求。[参考文献] [1]张洪奎，刘晓莲.国内热作模具钢发展概况_热处理，2003，18(2)。[2]闵凌平，赵长胜.热作模具钢的选择与应用.模具制造，2009，(1)。[3]黄春锋.国外新型热作模具钢及其热处理工艺.新工艺.新技术.新设备，2003，(8)。[4]曹光明. H13热作模具钢的表面热处理. 特种钢，2005，26（1） [5] 周建. 4Cr5MO2V热作模具钢的组织与性能研究. 特种钢技术，2008，3，14（56） [6] 陈烈. 3Cr2W8V热作模具钢的稀土合金处理. 特种钢，2005，9，26（5） [7] 唐明华. 热作模具钢预处理技术研究. 现代机械，2003，（4） [8] 余波. 新型热作模具钢的发展现状及应用. 热处理技术与装备，2008，12，29（61） [9] 朱石根，张永玉. W9Mo3Cr4V钢在织针模具上的应用. 现代制造工程，2010，（3）