热作模具材料的选用实例
（1）热锻模材料的选择
热锻模在使用过程中，各个部位将承受到复杂的应力，如拉伸应力、压缩应力、弯曲应力等，还受到反复的冲击载荷，特别是锤用模具，受到很强的冲击载荷，随着模锻吨位的增加，冲击载荷进一步加大，同时还承受剧烈的急冷急热循环。在选择热锻模材料和确定其工作硬度时，主要根据热锻模种类、锻模大小、模具形状复杂程度、生产批量及受力和受热等情况来确定。
1）锤锻模用钢及硬度要求（表3-14）。
表3-14 锤锻模用钢及硬度要求
① 用于模膛浅而形状简单的锻模。
② 用于模膛深、形状复杂的锻模。
③ 模块截面＜300mm×300mm时375～429HBW；模块截面＞300mm×300mm时350～388HBW。
2）高速锤锻模用钢及硬度要求（表3-15）。
表3-15 高速锤锻模用钢及硬度要求
3）热模锻曲柄压力机锻模用钢及硬度要求（表3-16）。
表3-16 热模锻曲柄压力机锻模用钢及硬度要求
4）热模锻压力机用锻模用钢及硬度要求（表3-17）。
表3-17 热模锻压力机用锻模用钢及硬度要求
① 模块或镶块截面﹤300mm×300mm时，429～450HBW；模块或镶块截面﹥300mm×300mm时，400～420HBW。
5）螺旋压力机锻模用钢及硬度要求（表3-18）。
表3-18 螺旋压力机锻模用钢及硬度要求
6）平锻模用钢及硬度要求（表3-19）。
表3-19 平锻模用钢及硬度要求
7）胎模锻用钢及硬度要求（表3-20）。
表3-20 胎模锻用钢及硬度要求
8）摩擦压力机锻模材料及硬度要求（表3-21）。
表3-21 摩擦压力机锻模材料及硬度要求
9）热镦锻模用材料的选择（表3-22）。
表3-22 热镦锻模用材料的选择
（2）热挤压模材料的选择
热挤压模与高温坯料长时间接触，凹模、芯棒、挤压缸内套等承受高温、高应力和强烈摩擦，要求模具材料必须在高温下具备高的强度、耐磨性、耐回火性，并具有良好的抗冷热疲劳性能，芯棒材料还必须有良好的韧性。热挤压模具材料的选择依据主要是被挤压金属材料及其在该温度下的强度，其次是被挤压金属的化学成分、挤压加工的成品形状、挤压加工的挤压比、挤压速度和润滑条件等因素，以提高模具的使用寿命。
1）热挤压模材料选用举例及硬度要求（表3-23）。
表3-23 热挤压模材料选用举例及硬度要求
注：热挤压模具一般由凹模、凹模垫块及凹模环、芯棒、芯棒头及镶块、挤压缸及挤压缸内套、挤压杆垫等组成。其中凹模、芯棒及芯棒头和镶块受高温应力和高温磨损最为严重，对抗冷热疲劳性能要求比较高，是经常发生失效需要更换的模具零件。挤压缸内套和垫块受热情况比较严重，但是承受的应力比较单一。挤压缸工作温度不高，主要承受拉伸应力。
2）热挤压模材料选择及硬度要求（表3-24）。(https://www.daowen.com)
表3-24 热挤压模材料的选择及硬度要求
注：1.对于高温条件下磨损极为严重的热挤压模具，特别是挤压难变形的、形状复杂的、挤压比很大的高温坯料，可采用奥氏体型高温热作模具钢、硬质合金、钢结硬质合金等高热强性、高耐磨性材料制成的模具镶块。
2.凹模用模具材料要求较高，传统的模具材料是4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1和3Cr2W8V钢，工作条件苛刻的可选用5Cr4W2Mo2SiV、4Cr3Mo3SiV、4Cr4W4Co4V2Mo（H19）等钢种，工作条件更为苛刻的可选用一些奥氏体型热作模具钢如5Mn15Cr8Ni5Mo3V2钢等及铁基耐热合金制造。芯棒材料主要选择铬系中合金模具钢，如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV钢，也可选择钼系模具钢4Cr3Mo3SiV。工作温度较高、挤压比较大时芯棒的头部可选择W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V钢或选用高温合金材料制作镶块。挤压缸内套一般用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr3Mo3SiV等钢，高温工作时也可采用铁基高温合金内套。挤压缸一般选择合金含量不高的中碳铬钼钢。
（3）压铸模材料的选择
1）常用压铸模用材料。压铸工艺具有生产率高，节约原材料，降低生产成本，生产的铸件性能较好，尺寸精度较高等特点，在模具制造中得到广泛应用。目前常用于压铸的金属材料主要有：锌合金、铝及铝合金、铜及铜合金等。由于压铸模的工作表面直接与液态金属接触而承受高温、高压和高速流动的液态金属冲蚀，在铸件脱模以后，又急速冷却。因此压铸模必须具有耐冷热疲劳性能和耐液态金属冲蚀性能以及一定的强度、韧性和耐磨性。在选择压铸模材料时应考虑压铸金属的化学成分、压铸温度、压铸工件的形状复杂程度以及生产工件批量的多少。
常用压铸模用材料的选择及硬度要求见表3-25。
表3-25 常用压铸模用材料的选择及硬度要求
注：1.锌合金的熔点很低，其压铸模工作表面的温度一般不超过400℃，可选用一般的合金结构钢制造模具，也可以采用预硬型塑料模具钢，如3Cr2Mo等作为锌合金压铸模用钢。如果生产批量很小，也可以选用45钢。如果压铸的锌合金批量很大，形状比较复杂，或者尺寸精度要求较高时，可选用热作模具钢，如5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV等钢种。
2.铝、镁合金的熔点一般为600～750℃，压铸模的工作表面温度一般可达500～600℃。型腔、喷嘴和芯棒的表面都承受剧烈的温度波动。模具的表面容易产生疲劳裂纹。在压铸过程中，容易粘附在模具的表面，影响压铸生产的连续运行。液态铝对模具表面有较强的冲蚀作用，可选用4Cr5MoSiV和4Cr5MoSiV1钢。为了改善铝合金粘附的情况，采用渗氮和氮碳共渗比较有效。
3.液态铜合金的温度一般高达900～1100℃，模具型腔表面温度也高达750～850℃，所以铜合金压铸模的工作条件要比铝合金压铸模更苛刻。因此铜合金压铸模用材料必须具备较高的抗冷热疲劳性能，高的热强性，高的导热性，一定的韧性，高的耐冲蚀性能和抗氧化性能，良好的工艺性能。一般选用3Cr2W8V、4Cr3Mo3SiV钢等。为了进一步提高模具使用寿命，采用热强性更好的模具钢如4Cr4W4Co4V2Mo（H19）、3Cr3Mo3Co3V等钢种。4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）钢是针对铜合金压铸模研制的新型热压铸模具钢，在铜合金压铸模的应用方面取得明显成效，值得推广应用。
2）压铸模成形部分零件材料选择（表3-26）。
表3-26 压铸模成形部分零件材料选择
（续）
3）压铸模其他零件用材料选择（表3-27）。
表3-27 压铸模其他零件用材料选择
4）挤压铸造铸型零件材料选择（表3-28）。
表3-28 挤压铸造铸型零件材料选择
（4）热冲裁模材料的选择
在热作模具中，热冲裁模的工作温度较低，因此对材料的性能要求也相对放宽。除了模具应具有的高耐磨性、良好的强韧性以及加工工艺性能外，一般热作模具钢均能满足热冲裁模的工作条件要求。热冲裁模在进行剪切时，刃口与锻件飞边摩擦，而且承受一定的冲击载荷。冲裁模的刃口还会被锻件和飞边加热。切边模的主要失效形式是刃部磨损、崩刃等，所以冲裁模刃口处的耐高温磨损性能及韧性成为决定模具使用寿命的主要因素。
热冲裁模材料的选用及硬度要求见表3-29。
表3-29 热冲裁模材料的选用及硬度要求
（5）陶瓷型精铸锻造模具钢
陶瓷型精铸锻造模具钢是在5CrMnMo、5CrNiMo和CrWMn钢的基础上调整化学成分和工艺而成的热作模具新材料。常用的陶瓷型精铸模具钢有ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo、ZG4Cr3Mo2WV和ZG5CrMnMoV等。
陶瓷型精铸锻造模具材料应用情况见表3-30。
（6）新型热作模具钢的选择
新型热作模具钢与3Cr2W8V钢应用对比见表3-31。
表3-30 陶瓷型精铸锻造模具材料应用情况
表3-31 新型热作模具钢与3Cr2W8V钢应用对比
（续）
