熱作模具用鋼分析⒈大截面熱鍛模具鋼
為彌補5CrMnMo和5CrNiMo在較大截面和較高溫度時熱穩定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷,內開發了45Cr2NiMoVSi(簡稱45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(簡稱5Cr2)、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi(代號B2)等大截面熱鍛模具鋼。與5CrNiMo相比,45Cr2和5Cr2中既含有較高的Cr和Mo,又加入了少量的V,使CCT曲線上的高溫轉變區上移,低溫轉變區顯著右移,提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具經970-990℃淬火,650~680℃回火后,硬度可達HRC36-44。45Cr2和5Cr2還具有二次硬化能力,它們的高溫強度較5CrNiMo鋼高50%,熱穩定性高出100~150℃,沖擊韌性則相當。另外,鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴展的能力也強于5CrNiMo。這二種鋼用于12000t以下機械壓力機模具及16t以下模鍛模具,模具的使用壽命是5CrNiMo鋼制造的同種模具壽命的數倍。
⒉中小熱鍛模具鋼
中小熱鍛模具的表面溫度可達600℃以上,5CrMnMo和5CrNiMo的高溫性能顯然不能滿足要求。3Cr2WSV鋼的高溫強度較高,但韌性及熱疲勞性能較差。為此,國內較早開發了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB(代號ER8)等3%Cr-3%Mo和3%Cr-2%Mo型的中碳鉻系高強度熱作模具鋼,其中3Cr3Mo3VNb是根據形成合金碳化物所需的碳量對2Cr3Mo3VNb做進一步成份調整而來的。這二種鋼中加人了3%左右的Mo,既能提高鋼的淬透性和防止出現回火脆性,又能提高鋼的熱穩定性。加人V和Nb則可起到細化晶粒,降低鋼的過熱敏感性作用。因此,鋼的淬透性高,淬火加熱溫度范圍寬,過熱敏感性低,具有高溫強度高、熱穩定性好、塑性韌性好、冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優點,用于制造不銹鋼(2Crl3)等熱鍛模,軸承凹模和輥鍛模,都取得了良好的使用效果。
除以上30Cr-30Mo型熱作模具鋼外,國內先后開發的5%Cr系中碳中合金熱作模具鋼已較大量用于熱鍛模具,適用于制造工作溫度在600℃以下,對韌性和塑性要求較高的模具。另外,該鋼還可作塑料模具鋼使用。目前,4Cr5MoV1Si鋼的優良性能已在國內得到了廣泛認可,應用量已較大。許多大學、研究院所和鋼廠不惜花重金對該鋼做研究和生產質量改進工作,并就此打出了自己的優質品牌。
⒊壓鑄模具鋼
在有色金屬壓鑄中,3Cr2W8V曾是應用廣泛的模具鋼,5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金鋼也作為鋁鋅合金壓鑄模具鋼使用。3Cr2W8V的冷熱疲勞性能較差,模具的使用壽命不高。國內為此先后開發了幾個新型模具鋼,如4Cr3Mo2MnVNbB(代號Y4)和4Cr5Mo2MnVSi(代號Y10)等。
4Cr5Mo2MnVSi(代號Y10),是針對鋁合金壓鑄模具而研制的,與3Cr2W8V鋼相比,該鋼具有抗冷熱疲勞性能好、熱處理變形小、抗鋁溶損性能好等優點,模具的使用壽命普遍比3Cr2W8V鋼制造的模具的使用壽命提高一倍以上。該鋼還可用于制造工作溫度在600℃以下的中小熱鍛等模具。
⒋銅、鋁型材熱擠壓模具鋼
銅合金熱擠壓模的穿孔針、底模等長時與高溫銅坯接觸,模具的使用工況較苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si鋼制作此類模具,模具的使用壽命一直較低。國內曾試圖采用奧氏體熱作模具鋼來解決此類模具壽命低的問題,但因鋼的冷熱疲勞性能較差而仍未得到圓滿解決。在此背景下,國內有關大學、研究院所和鋼廠先后推出了可以提高此類模具使用壽命的鋼種。在相同硬度(HRC43)下,其斷裂韌性比3Cr2W8V鋼高30%。用HD鋼制造的銅合金管材擠壓底模和穿孔針的使用壽命較3Cr2W8V鋼提高一倍左右,并在軸承環熱擠沖頭和凹模、汽門擠壓底模上也有成功應用的例子。用Y4鋼制造銅合金擠壓模底模和穿孔針頂頭,模具的使用壽命也比3Cr2W8V鋼制造的模具穩定地提高一倍以上。
5.高溫玻璃模具鋼
玻璃制品模具要求模具材料具有優良的抗高溫氧化性能和冷熱疲勞性能,良好的耐芒硝腐蝕性能,足夠高的強度,良好的拋光性能,并要易于脫模。此類模具常用鑄鐵、合金鑄鐵或3Crl3不銹鋼制造,鋼的性能遠滿足不了實際需要。為此,國內開發了代號為GY的高溫玻璃模具鋼。該鋼是Si-Cr-Mo系預硬鋼,具有良好的冷熱疲勞性能,優異的抗氧化性能,優良的抗熱觸性能和較高的玻璃粘附溫度。該鋼在預硬后(HRC35左右)加工,加工性能良好,尤其適用于制造玻璃熔化或成型溫度較高、表面質量要求高的玻璃制品模具。