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一、熱作模具的工作條件

熱作模具主要分為錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類，它們的主要工作特點(diǎn)是與熱態(tài)金屬接觸，這與冷作模具顯著不同。這一特性導(dǎo)致熱作模具面臨兩大挑戰(zhàn)：

1.模腔表層金屬受熱：

   *錘鍛模在工作時，模腔表面溫度可高達(dá)300400℃，熱擠壓模則可達(dá)500800℃，壓鑄模的溫度則與壓鑄材料和澆注溫度有關(guān)，壓鑄黑色金屬時模腔溫度甚至可達(dá)1000℃以上。

   *高溫會降低模腔表面的硬度和強(qiáng)度，增加使用中發(fā)生打垛的風(fēng)險。

   *因此，熱模具鋼需要具有高的熱塑變抗力，包括高溫硬度和高溫強(qiáng)度，這實(shí)際上反映了鋼的高回火穩(wěn)定性。通過加入Cr、W、Si等合金元素可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。

2.模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞：

   *熱模具的工作具有間歇性，每次熱態(tài)金屬成形后都需要用水、油、空氣等介質(zhì)冷卻模腔表面。

   *反復(fù)受熱和冷卻導(dǎo)致模腔表層金屬熱脹冷縮，承受拉壓應(yīng)力作用，進(jìn)而產(chǎn)生龜裂，即熱疲勞現(xiàn)象。

   *影響鋼的熱疲勞抗力的主要因素包括鋼的導(dǎo)熱性和臨界點(diǎn)（Acl）。高導(dǎo)熱性可降低模具表層金屬的受熱程度，減小熱疲勞傾向性；而高臨界點(diǎn)則能降低熱疲勞傾向性。

   *通常，鋼的導(dǎo)熱性與含碳量有關(guān)，含碳量高時導(dǎo)熱性低，因此熱作模具鋼不宜采用高碳鋼，而通常采用中碳鋼（C 0.3%~0.6%）。同時，通過加入合金元素Cr、W、Si等可以提高鋼的臨界點(diǎn)，從而提高鋼的熱疲勞抗力。

二、常用熱作模具用鋼

1.錘鍛模用鋼：

   *錘鍛模在工作時受到?jīng)_擊負(fù)荷作用，對鋼的力學(xué)性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性。

   *同時，錘鍛模的截面尺寸較大，對鋼的淬透性要求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。

   *常用錘鍛模用鋼包括5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。根據(jù)模具的大小和類型，可以選擇不同的材料。

2.熱擠壓模用鋼：

   *熱擠壓模的加載速度較慢，模腔受熱溫度較高，可達(dá)500~800℃。

   *對這類鋼的使用性能要求以高的高溫強(qiáng)度（即高的回火穩(wěn)定性）和高的耐熱疲勞性能為主。

   *常用熱擠壓模用鋼包括4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等熱作模具鋼。這些鋼的淬火溫度和回火處理方式可根據(jù)具體用途進(jìn)行調(diào)整。

3.壓鑄模用鋼：

   *壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，以要求高的回火穩(wěn)定性與高的熱疲勞抗力為主。

   *常用壓鑄模用鋼與熱擠壓模用鋼相似，如4CrW2Si和3Cr2W8V等。但根據(jù)壓鑄材料的不同，也可以選擇其他鋼材，如40Cr、30CrMnSi及40CrMo等用于Zn合金壓鑄模；4CrW2Si、4Cr5MoSiV等用于Al和Mg合金壓鑄模；3Cr2W8V鋼則多用于Cu合金壓鑄模。

   *隨著黑色金屬壓鑄工藝的應(yīng)用，也采用了高熔點(diǎn)的鋁合金和鎳合金，或?qū)?Cr2W8V鋼進(jìn)行Cr-Al-Si三元共滲，用于制造黑色金屬壓鑄模。此外，國內(nèi)外還在試驗(yàn)采用高強(qiáng)度的銅合金作為黑色金屬的壓鑄模材料。