热作模具钢的工作环境及国产热作模具钢特性

热作模具钢是用于制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具，包括热锻模、热挤压模、热敏模、压铸模、高速锻模等。

⑴工作条件和性能要求

热作模具钢在工作时经常接触炽热的金属，型腔表面温度高达400～600℃。金属在巨大的压应力、张应力、弯曲应力和冲击载荷作用下，与型腔作相对运动时，会产生强烈的磨损。工作过程中还要反复受到冷却介质冷却和热态金属加热的交替作用，模具工作面出现热疲劳“龟裂纹”。因此，为使热作模具正常工作，要求模具用钢在较高的工作温度下具有良好的强韧性，较高的硬度、耐磨性、导热性、抗热疲劳能力，较高的淬透性和尺寸稳定性。

⑵化学成分

热作模具钢含碳量一般保持在0.3～0.6％之间，以获得所需的强度、硬度、耐磨性和韧性，含碳量过高，会导致韧性和导热性下降；含碳量过低，强度、硬度、耐磨性

难以保证。Cr 能提高淬透性和回火稳定性；Ni 除与Cr 共存时可提高淬透性外，还能提高综合力学性能；Mn 能提高淬透性和强度，但是有使韧性下降的趋势；Mo 、W 、V 等能产生二次硬化，提高红硬性、回火稳定性、抗热疲劳性、细化晶粒，Mo 和W 还能防止第二类回火脆性。

⑶热处理特点

热作模具钢热处理的目的主要是提高红硬性、抗热疲劳性和综合力学性能，最终热处理一般为淬火+高温（或中温）回火，以获得均匀的回火索氏体（或回火屈氏体）。

现以5CrMnMo钢制造板牙热锻模为例来分析热处理工艺方法及制定生产工艺路线。其热锻模要求硬度为351～387 HBS ，抗拉强度大于1200～1400 MPa ，冲击值大于 32～56 J ，同时还要满足对热作模具淬透性、抗热疲劳性等的要求。其生产工艺路线如下：锻造→退火→粗加工→成型加工→淬火+回火→精加工（修型、抛光）

由于钢在轧制时会出现纤维组织，导致各向异性，所以要予以锻造消除。锻后要缓冷，防止应力过大产生裂纹，采用780～800℃保温4～5 h 退火，消除锻造应力，改善切削加工性能，为最终热处理作组织上的准备。

5CrMnMo钢制热锻模淬火回火工艺：为降低热应力，大型模具需在500℃左右预热，为防止模具淬火开裂，一般先由炉内取出空冷至 750～780℃预冷，然后再淬入油中，油冷至150～200℃（大致为油只冒青烟而不着火的温度）取出立即回火，避免冷至室温再回火导致开裂。回火消除了应力，获得回火S （或回火T ）组织，以得到所需的性能。

5CrMnMo钢制热锻模淬火回火工艺流程：500℃预热→820～850℃加热→750～780℃预冷（空冷）→油淬→150～200℃回火

⑷常用热作模具钢

制造中、小型热锻模（有效厚度小于400mm ）一般选用5CrMnMo钢，制造大型热锻模（有效厚度大于100 mm ）多选用5CrNiMo 钢，它的淬火加热温度比5CrMnMo钢高10℃左右，淬透性和红硬性优于5CrMnMo钢。

热挤压模冲击载荷较小，但模具与热态金属长时间接触，对热强性和红硬性要求较高，常选用3Cr2W8V 或4Cr5W2VSi 钢，淬火后多次回火产生二次硬化，组织与高速钢类似。压铸模钢的选用与成型金属种类有关，压铸熔点为400～450℃的锌合金，一般选用低合金钢30CrMnSi 或40Cr 等；压铸熔点为850～920℃的铜合金，可选用3Cr2W8V 钢。