特殊用途的熱作模具鋼及熱處理
隨著工業(yè)技術的日益發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的熱加工方法，對模具工作溫度的要求更高，工作條件也更加苛刻。為此．各種高速鋼、奧氏體耐熱鋼、高溫合金、難熔合金等，都被用于制造模具。
(一)奧氏體熱作模具鋼： 因為馬氏體型熱作模具鋼在650ºC以上會發(fā)生碳化物的聚集長大，致使硬度、強度降低，因此為保證模具在750ºC以上能耐高溫、耐腐蝕、抗氧化，研制出了奧氏體型熱作模具鋼。現(xiàn)在主要有鉻鎳系奧氏體鋼和高錳系奧氏體鋼兩類。
1．高錳系奧氏體鋼：此鋼又分為高錳系奧氏體模具鋼和高錳奧氏體無磁模具鋼。(1)高錳系奧氏體模具鋼 5Mn15Cr8Ni5Mo3V2和7Mn10Cr8Ni10Mo3V2是高錳系奧氏體鋼，在加熱和冷卻過程中不發(fā)生相變，始終保持奧氏體組織，經1150~1180ºC固溶處理和700ºC時效后具有較好的綜合力學性能，硬度為45~46HRC，但時效軟化抗力很高，直到800ºC時效，硬度仍能保持在42HRc左右，遠遠超過3Cr2W8V鋼，其熱處理工藝與室溫力學性能如表4-11所示。高錳奧氏體耐熱模具鋼主要用于制造工作應力較高、使用溫度達700一800ºC的高溫熱作模具，如不銹俐、高溫合金、銅合金的擠壓模，模具壽命比3Cr2W8V鋼制模具提高4—5倍。實際應用中應先將模具預熱到400一450ºC，由于這類鋼的塑性、韌性不高，故實際應用受到限制。   (2)高錳奧氏體無磁模具鋼7Mn15Cr2A13V2WMo(7Mn15)  鋼是一種高Mn—V系的無磁模具鋼，7Mn15鋼在任何狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的奧氏體組織，除可制作冷作模具、無磁軸承及要求在強磁場中不產生磁感應的結構件外，因其在高溫下還具有較高的強度和硬度(如圖4—3所示)，因此，也用來制作700~800ºC下使用的熱作模具。 7Mn15鋼常用的熱處理工藝為：1180ºC加熱水淬，700ºC回火空冷。
2．鉻鎳系奧氏體模具鋼：4Cr14Ni14W2Mo、Cr14Ni25CoV鋼屬于鉻鎳系奧氏體鋼，在700ºC以下具有良好的熱強性，在800ºC以下有良好的抗氧化性及耐蝕性。如4Cr14Ni14W2Mo鋼在800ºC時仍有250MPa的強度，且有很好的塑性與韌性。該類鋼可進行l(wèi)150~1180ºC或1050~1150ºC的固溶處理，再作750ºC的時效處理，適合制造鈦合金蠕變成形模具和具有強烈腐蝕性的玻璃成形模具。
(二)高溫合金：當擠壓耐熱鋼管時，模具型腔溫度會高達900~1000ºC，用奧氏體耐熱鋼也不能解決問題，需要采用高溫合金來制作模具，如鐵基、鎳基、鉆基合金、常用的鎳基合金中，以尼莫尼克100號熱強性最高，其化學成分為：wc＝0.3％，wTi＝1.0％~2.0％，wCr＝10％~12％，w Al=4％~6％，  wCo＝28％~22％，wMo＝4.5％~5.5％，wFe＜2％，其余為Ni 。在900ºC時持久強度仍有150MPa，可用于制作擠壓耐熱鋼零件或擠壓銅管的凹模及芯棒。
(三)硬質合金：硬質合金具有很高的熱硬性和耐磨性，可用于制作工作溫度較高的凸模或凹模中的鑲塊。如氣閥挺桿熱鐓擠模，原用3Cr2W8V鋼制作，模具壽命為0.5萬件；改用鎢鈷類硬質合金YG20后，模具壽命提高到1.5萬件。硬質合金還可用于制作壓鑄模、熱切邊凹模等。
(四）難熔合金：通常將熔點在1700ºC以上的金屬稱為難熔金屬。在壓鑄鋼鐵材料時，壓鑄模型腔的工作溫度可高達1000ºC，型腔表面受到嚴重的氧化、腐蝕和沖刷，常因產生嚴重的塑性變形和網狀裂紋而失效，只能壓鑄幾十件或幾百件。因此可以來用鎢、鉬、鈮等熔點在2600ºC 以上的難熔合全來制作壓鑄模的型腔。由于它們的再結晶溫度高于1000ºC，可長時間在此溫度之上工作。在熱模鋼應用較多的是鉬基合金和鎢基合金，其中TZM合金是鉬基合金的代表，而Anviloy1150合金是鎢基合金的代表    這類材料的牾是熔點很高，高溫強度較高，耐熱性、耐蝕性好，有優(yōu)良的導熱、耐熱疲勞性能，不粘結熔融金屬，塑性好，便于成形加工。主要用于在較高溫度下工作的銅合金、鋼鐵樹料的壓鑄模，也可用做鈦合金、耐熱鋼的熱擠壓模等，其使用壽命遠高于其他各種熱作模具鋼。
(五)壓鑄模用銅合金 在壓鑄鋼鐵材料時，一般3Cr2W8V鋼壓鑄模的表面接觸溫度在950~1000ºC左右，采用導熱性高的銅合金制作的壓鑄模，其表面接觸溫度可降低到600ºC。隨著模具型腔溫度梯度的降低，可減少模具的應力和應變，能收到滿意的效果。  常用的銅合金有鉻鋯釩銅(wCr＝0.6％一0.8％、wZr＝0.4％，w V＝0．4％，其余Cu)、鉻鋯鎂銅(wCr＝0.4％、w Z r＝0.15％、wMg＝0.05％，其余Cu)、鈷鈹銅(wCo＝0.5％一3％、wBe＝0.4％一2％，其余Cu)等。在600ºC下這些銅合金的力學性能顯著高于1000ºC下的3Cr2W8V鋼，模具使用壽命比3Cr2W8V鋼提高1.5—2倍。用銅合金制壓鑄模鑲塊可在980ºC淬火后冷擠成形，然后進行時效處理，型腔的表面粗糙度好，可以提高使用壽命。
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