熱加工工模具鋼的用途分為熱壓鑄用、熱擠壓用、熱鍛造用三大領域。各領域隨著生產技術的進步和生產率提高，模具的使用條件越加苛刻，在模具鋼材方面也要求達到過去JIS規格鋼以上的特性。為適應這些要求，特殊鋼生產廠開發出各種改良鋼種已被實際應用。以下介紹熱加工工模具鋼必須有的基本特性，以及針對各使用領域要求改善的狀況。
㈠熱加工工模具鋼的基本特性
    如果把JIS熱加工工模具鋼的規格鋼種按韌性和高溫強度兩種特性來定位，在各領域最多使用的鋼種是韌性和高溫強度均衡性好的JIS SKD61及其改良鋼種，但根據用途和使用條件，模具所承載的溫度和應力不同，要求特性也不同。報廢原因也很多，有磨損、變形、裂紋、熱裂，特別是熱壓鑄模因熔損也會造成報廢。在考慮這些原因的基礎上選擇模具鋼材以及設計熱處理條件、模具型腔硬度是非常重要的。
⒈高溫強度
    熱加工工模具鋼的主要特性高溫強度，受到Mo、W、V等二次硬化的碳化物形成元素的添加量很大影響。這些元素在退火狀態下，鐵素體基體以碳化物分布，通過淬火大部分固溶在奧氏體基體中。然后通過回火析出微細碳化物后二次硬化，提高高溫強度。另外，在同一材質情況下，一般是室溫硬度越高，高溫強度就越高。但是，Mo、W、V添加量增多和提高硬度往往對韌性產生不利影響，所以需同時改善韌性。
⒉抗軟化性
    在高溫下使用的同時，由于促進二次硬化的碳化物生長、凝聚而發生軟化。高溫強度高的鋼種，抗軟化性也強。添加Co的效果與Mo、W、V的添加效果一樣，提高了C的活度系數，抑制了析出碳化物生長。
⒊韌性
    韌性有助于提高模具的耐裂紋性和耐熱裂性。作為合金元素的功能，固溶于基體中的Ni等元素可提高韌性。但對Mo、W、V等碳化物形成元素，如果添加量增加，碳化物量則增大，韌性就會降低。另外，韌性受淬火冷卻速度的影響很大。熱加工工模具鋼的淬透性良好，淬火冷卻時即使不進行油冷也能獲得高硬度。但如果淬火冷卻速度不同，即使硬度相同，韌性也會有很大變化。為此，對韌性的評價，必須同時研究成分對冷卻變態特性的影響，基本上是通過Cr來提高淬透性。
⒋耐熱裂性
    許多熱壓鑄模和熱鍛造模，為了縮短成形循環時間要對模具表面進行強制冷卻。因此，模具表面在短時間內承受反復的加熱和冷卻，由于模具表面和模具內部的溫度差，受到壓縮和拉伸熱應力反復作用，在模具表面產生了熱裂。要提高耐熱裂性，必須提高高溫強度和韌性。但一般趨向是高溫強度越高，韌性越低，所以如何把二者達到最佳均衡狀態是很重要的。
㈡各使用領域要求的特性
    ⒈熱壓鑄模具
熱壓鑄模具有時會由于熱裂和熔損不能生產正常產品而壽命終止，有時會從雕刻部位和冷卻用水冷孔等應力集中的地方產生疲勞龜裂，并因此導致出現大裂紋而報廢。大多數情況是由于熱裂而報廢，但因出現大裂紋報廢時，由于對模具更換難以預測，一旦發生，經常造成生產線不能正常運行。防止熱裂的有效對策是提高模具型腔的硬度和高溫強度。但硬度提高又會使韌性降低，加大產生大裂紋的可能性。另外，因水冷孔內部生銹使氫侵入，導致模具鋼材脆化的現象也存在。因此，模具鋼材必需具備不易生銹、抗氫脆化性能強的特性。
    ⒉熱鍛造模
熱鍛造模一般使用JIS SKT4系列和SKD61系列的鋼材。對于以耐沖擊性為主的鍛造模，使用低合金化和添加Ni的韌性好的SKT4系列鋼材；而對于要求具有高溫強度、耐磨損性、耐熱裂性等特性的沖壓模，使用SKD61系列的鋼材。熱鍛造模報廢的原因主要是磨損和裂紋，尤其是突發的裂紋在很多情況下會造成生產現場生產率降低等問題。另外，在熱鍛造領域，為了總成本降低，鍛造件要進行近終形加工(準精加工形狀)。為了提高鍛造件尺寸精度，鍛造溫度與以往相比處于較低狀態，使得被鍛造材料變形抗力提高、加大了模具表面壓力和摩擦作用。加上進行復雜形狀的一體化鍛造，使模具的負載不斷增加。
    ⒊熱擠壓工具
熱擠壓模由于在高溫、高壓下，與鋁合金之間產生滑動、摩擦，所以滑動成型部位易出現磨損及粘結。另外，最近隨著擠壓產品薄壁化、尺寸高精度化、高強度化和大型化由于擠壓模高溫強度不足出現了撓曲，以及擠壓阻力增大導致出現了裂紋等問題，因此，模具鋼材必需同時兼備很高的高溫強度和韌性。另外，為防止滑動成型部位磨損及粘結，擠壓模需進行反復氮化，但過分氮化會加大初期裂紋、降低缺口韌性。而且，氮化處理時由于加熱隨著擠壓模軟化而強度下降，因此，熱擠壓模模具鋼材必需具有很高的抗軟化性。
㈢熱加工工模具鋼的改進狀況
    提高模具鋼材特性的方法有改變合金添加量以及改變生產工藝。下面以最普通的熱加工工模具鋼JIS SKD61為例，介紹其改進狀況。
⒈改變合金添加量
    提高熱加工工模具鋼韌性及耐熱裂性的有效方法，是減少si添加量和增加Mo添加量。由此增加了以SKD61為基礎的低Si和高Mo為特點的改良鋼種。減少Si添加量，有效改善了回火時二次硬化中韌性的降低，但同時又惡化了模具的加工性能，因此希望采取相應的對策。增加Mo添加量，有助于提高熱加工金屬模材料的高溫強度和抗軟化性能?，F在生產和供給的是超過JIS SKD61上限值、添加Mo 1．5％ ～2．0％ 和2．5％ ～3．O％ 等級的SKD61改良鋼種。
①減少SKD61雜質，增加Mo至1．8％ 的改良鋼，在600~C的抗軟化性能與通常SKD61比較的結果。從初期硬度47HRC軟化到40HRC的時間改進了兩倍左右。
②增加Mo 1．8％ 情況下，在500~C的高溫低循環疲勞試驗結果。通過提高Mo添加量，與過去的SKD61相比，斷裂壽命提高了1．5—2倍。
⒉改變模具鋼材生產方法
    作為熱加工模具鋼材內部性質的改善措施，主要采用爐外精煉技術大幅度減少影響熱加工工模具鋼特性的主要雜質元素P(磷)、S(硫)等。特殊鋼生產廠供給的大多數SKD61類型鋼都是經過精煉工序改善以后，S含量減小到JIS規格以下，韌性值得到了提高。而且，SKD61的改良鋼通過強化脫氣精煉，減少了鋼水中的氧，使氧化物系列的非金屬夾雜物降低，因此提高了韌性值。另外，通過改善凝固組織和減少高溫下均質化處理造成的偏析，大幅度消除了鋼材縱向與橫向的韌性值差異。并且，對于要求比通常冶煉、鑄錠方法清潔度高的模具，以及考慮合金量多可能產生一次碳化物的材料，采取了ESR電渣重熔法。通過這些綜合性的提高韌性對策，可以達到不損害韌性來增加SKD61的Mo、W 添加量。這種可適應更大熱應力和熱沖擊的熱加工模具鋼材正在普及。
㈣綜述
    以上詳細介紹了熱加工工模具鋼各種用途所要求的特性及其高性能化。這些質量的改善和性能的提高，對實現增加模具負荷的新生產工藝也起重要作用。但是，考慮到模具鋼材的成分系列以及生產工藝的改進已接近極限，作為可補充的有效方法，認為模具的表面處理技術顯得更加重要。
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