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熱作模具鋼材一覽表及各國對照表
鋼材牌號及型號規(guī)格：熱作模具鋼材
熱作模具鋼材性能用途、密度硬度和化學(xué)成分：
2013年的模具鋼產(chǎn)業(yè)日趨壯大，市場競爭也將日趨激烈，能在網(wǎng)海里面找到合適的模具鋼供應(yīng)商，實屬不易。能在合適的模具鋼供應(yīng)商里面找到我們，更是難得。蘇州浩凱金屬材料公司，賣真貨，報實價！ 既然您找到了我們，那么我們相信，您一定是需求優(yōu)質(zhì)的模具鋼產(chǎn)品，或者您正在茫無頭緒地尋找合適的模具鋼材料。不管您的采購意愿如何，但是請相信我們的誠意、努力和信
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表1 加熱模具鋼一覽表
2 各國鋼牌號，均有各標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號和生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號。如SKD61是日本標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號，但DAC、YHD-3是生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號
3 每外國標(biāo)準(zhǔn)的鋼牌號，均可找到與其對應(yīng)的中國標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號。
4 編號1-6、22-32等17種標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號，是我國已生產(chǎn)過。
熱作模具鋼中的合金元素
標(biāo)準(zhǔn)中，有四種高韌性錘鍛模具鋼：5CrNiMo、5CrMnMo、5MnMoSiV、5Cr4Mo。其中5MnMoSiV是為改善5CrNiMo鋼淬透性而研制的，5Cr4Mo鋼，主要是作為堆焊電極材料。70年代研制了無鎳鋼錘鍛模模具鋼5MnMoSiV，主要用于大中型模具，該鋼加入礬，并采用硅錳復(fù)合合金化，強度有所提高，但由于含碳量仍保持在0.50%左右，其韌性有所降低趨勢。近年來研制的4Cr2MoVNi、5Cr2MoVNiSi、45Cr2MoVNiSi，高溫強度有所提高，且含碳量有略微下降，因此韌性有所提高。上述鋼均用于大噸位錘鍛模和機(jī)鍛模。80年代前蘇聯(lián)、日本等國錘鍛模具鋼的發(fā)展趨勢是：
I把鋼中碳含量降低，即從0.5%降到0.4%，個別的可降至0.30%。
II鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩的同時又添加鈷、鈮、鈦、稀土、微量的鈣、鋁、氮等元素，進(jìn)行多元合金化，合金元素總量在5-10%不等。模具材料使用溫度及強韌性均有所提高，模具使用壽命可提高20%-120%。總的趨勢是向著低碳、沉淀、硬化方向發(fā)展。為此弄清楚各合金元素作用之前，必須說明幾個原則。
1 幾個原則
-降低鋼中碳的含量，淬火后能得到以板條狀馬氏體為主的組織，以保證模具材料的高韌性。
-實施多元復(fù)合合金化，以提高鋼的熱強性。合金化時，應(yīng)特別注意防止第二類回火脆性。
-研究實施合理的強韌化熱處理工藝，保證熱強性與熱韌良好的配合。
-在達(dá)到要求的綜合性能前提下，盡量減少其合金元素的用量，降低新鋼種的成本。
2 合金元素的作用
1） 碳
是控制馬氏體強度的關(guān)鍵因素，也是影響韌性的主要因素。國內(nèi)外關(guān)于低碳馬氏體的大量研究表明：若要獲得較好的綜合機(jī)械性能，鋼中碳量要控制在0.45%-0.30%。
2） 鉻
鉻形成碳化物，可提高鋼的淬透性。淬火加熱時鉻溶于奧氏體，淬火后固溶于馬氏體中，可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中，α-Fe中鉻含量少于2%時，隨著鉻含量的增加，高溫強度隨之上升，但鉻含量大于2%時，高溫強度將隨鉻含量的增加反而下降。同時，還會引起碳化物偏析，將導(dǎo)致降低沖擊韌性。一般講，熱作模具鋼，鉻含量應(yīng)控制2%為宜。
3） 鎢和鉬
鎢的加入在多元復(fù)合合金化的熱作模具鋼中，可以明顯地降低鋼的過熱敏感傾向，并提高鋼的熱穩(wěn)定性。但鎢的含量超過2-3%，鋼的熱強性不會再有明顯提高，反而會使韌性下降。一般應(yīng)控制在1%左右。
鉬的加入，可以提高鋼的淬透性與熱強性，又可以防止第二類回火脆性。但鉬加入過多，會造成鉬碳化物偏析，在回火過程中沿晶界呈針狀或網(wǎng)狀析出，影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中，鉬含量以0.6-1%為宜。
4） 釩
釩可以降低鋼的過熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的效果。馬氏體鋼中，釩含量達(dá)到0.5%就可以產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)。釩量過高，在二次硬化溫度范圍內(nèi)回火，鋼的塑性、韌性將明顯下降，故釩加入量不能超過1%。
5） 鎳
鎳為非碳化合物形成元素，可提高鋼的淬透性。對鋼的強度與韌性，均有良好作用。但過量鎳會促使沿奧氏體晶界析出碳化物，這會導(dǎo)致基體中合金元素含量降低，使鋼熱強性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會超過1.5%。
6） 硅
硅的加入可提高鋼的淬透性和基體強度。硅溶于α-Fe中，使其強化，并提高α-Fe轉(zhuǎn)變 r-Fe的轉(zhuǎn)變溫度及高溫抗氧化能力。硅是不溶于碳化物，但能提高回火時析出特殊碳化物的彌散度；近期研究表明：加入適量的硅可以改善鋼的韌性，在以碳化物為強化相的熱作模具鋼中，硅量一般以0.5-0.8%為宜。
7） 錳
錳，除了能提高淬透性之外，還可以消除硫的有害影響。它的含量，一般控制在0.5-0.8%。
8） 鈷、鈮、鈦
鈮可形成穩(wěn)定性很高的NbC，在1050℃剛剛開始溶入奧氏體中，因此抑制晶粒長大，可提高熱強性和高韌性。
鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬性（耐磨性能好），如美國的H-10鋼中。加入3%的鈷，可大大提高其鋼的耐磨性能。
鈦在鋼中的作用，就是在高溫時，避免晶粒粗化，因此可以強化鋼的基體，又能提高鋼的韌性。
9） 硫與磷
由原材料帶入的有害元素，參照5CrNiMo鋼的冶金含量標(biāo)準(zhǔn)，均控制在少于0.03%范圍。
國外熱作模具鋼
1 國外熱作模具鋼
對于要求高韌性、低耐熱性的錘鍛模用鋼，國外仍以5CrNiMo鋼為主。為進(jìn)一步提高鍛模壽命，開發(fā)了韌性較高、耐熱性更好的鋼種，如前蘇聯(lián)已使用多年的30X3HMψ、4X3BMψ，美國的H10、H11、H13等，其模具壽命可為5CrNiMo鋼的1.5-3倍。
對于小尺寸的錘鍛模，采用H10類型的模具鋼雖然有許多優(yōu)點，但其性能受淬火冷卻速度的影響很大，冷卻速度慢時，韌性就會顯著下降。為此，日本愛知鋼廠將3Cr-3Mo系鋼加以改進(jìn)，提高了Si、Cr、Ni的含量，使韌性提高一倍以上。在重約100kg的汽車鍛件上，模具壽命提高了約0.8倍。表2給出了這類鋼的化學(xué)成分，性能和模具壽命。
近年來日本大同特殊鋼廠還開發(fā)了一類保留5%以上殘余奧氏體的熱作模具鋼。這類鋼采用淬火后從550℃緩冷至150℃，或者在Ms點附近保溫的辦法，使奧氏體穩(wěn)定化，從而使鋼的韌性與持久強度比H10、H13提高1倍以上。
表2 改進(jìn)后的日本3Cr·3Mo系鋼化學(xué)成分、性能及壽命
壓力機(jī)鍛模用鋼發(fā)展的一個特征是迅速普及應(yīng)用大量析出硬化相模具鋼。由于用戶對此類鋼買來后可不必淬火，不僅可以使制模周期縮短，而且使模具壽命獲得提高，這類典型模具鋼有3Ni-3Mo型，如日本的TP1、HD24、DH75，美國的6F4，法國的3455、20DN、3211。日本大同鋼廠還在3Ni-3Mo鋼基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，降低碳含量，加入2.5%的Co，使鋼的韌性提高1.6倍，壽命提高50%。各國模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中都有一些含鈷的鋼種。日本在公布的新標(biāo)準(zhǔn)中就補進(jìn)了含鈷的美國H19類鋼種，定名為SKD8。鈷的價格較高，屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，只有在必要時才使用含鈷的模具鋼。
另一條提高熱作模具鋼熱穩(wěn)定性與韌性的途徑是合金元素含量更加合理化。瑞典Uddeholm公司近年來開發(fā)了ORO80M、QRO090M、新鋼種，它是利用合理合金化配比，使其產(chǎn)生較多彌散的VC析出相，并在微量元素下，提高鋼的熱穩(wěn)定性、抗熱疲勞性。在這些性能方面均優(yōu)于3Cr2W8V鋼。其成份見表3。
表3 Uddeholm公司的新鋼種
波蘭近年來也研究出WNWl鋼，其成分為2.8Cr-1.5W-2.8Mo及少量的Ni、N等元素。該鋼合金元素含量低，可生產(chǎn)較大的錠子和鍛件。據(jù)報道，200mmX200mm截面的鍛件，其偏析程度可達(dá)到瑞典用粉末冶金生產(chǎn)的ASP30水平。在其顯微組織中，可看到彌散分布的TiC相，從而使鋼材的硬度和耐磨性均獲得較大的提高。波蘭的一些工廠現(xiàn)已采用該鋼種。日本高周波鋼廠開發(fā)的類似鋼種取名為KDWl，其耐熱性比高速鋼好，而沖擊值為其2倍。
國外熱鍛模正向大型化和復(fù)雜化發(fā)展，模具材料的開發(fā)重點是提高材料的抗熱疲勞性和減少熱處理變形。瑞典Uddeh01m公司改進(jìn)工藝，采用精煉技術(shù)，加上高溫擴(kuò)散退火工藝，開發(fā)了一種8407新鋼種，使鋼材的異向性獲得顯著改善。該鋼種允許在較高硬度下使用，從而使熱疲勞性能得到提高。日本高周波鋼廠開發(fā)的類似鋼種取名為KDA，法國蒂森特鋼廠推出類似鋼種取名為EFS。
2 國內(nèi)熱作模具鋼
一汽從20世紀(jì)50年代引進(jìn)模具材料到試驗研究，生產(chǎn)實踐，再引進(jìn)，再研究，再生產(chǎn)的過程，正是我國模具發(fā)展的一個縮影。
1） 一汽的模具
一汽的鍛壓設(shè)備是齊全的：模鍛錘、熱模鍛壓機(jī)、平鍛機(jī)、摩擦壓力機(jī)、高速鐓鍛機(jī)。生產(chǎn)模鍛件8萬噸／每年，需要模具材料50CrNiMo近千噸，模具材料消耗也是很大的。
I 1956年一汽從前蘇聯(lián)引進(jìn)50CrNiMo模具材料。
II 1958年蘇聯(lián)停止供應(yīng)模具材料后，自己先后開始研制雙金屬5Cr2MnMo／45Mn2電渣堆焊模塊、4Cr2MoVNi／30CrMnSi電渣重熔模塊，但分別由于心部裂紋、表面裂紋嚴(yán)重而停止生產(chǎn)。
III 又開始采用整體模塊鋼，從日本、德國等國進(jìn)口，SKT4、2713。
IV 20世紀(jì)80年代末，一汽棄雙金屬改用整體4Cr2MoVNi(B2)鍛鋼模具，廣泛應(yīng)用在錘鍛模和大型機(jī)鍛模。此前后又研究出適用于中、小機(jī)鍛模的模具材料——3Cr2WMoVNi(B3)
2） 其它科研單位、院校、工廠、嘗試過一些鋼種：為提高熱沖、熱軋、熱鍛及中、小機(jī)械壓力機(jī)用模具鋼的性能，以替代目前采用的5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V鋼種，國內(nèi)多年來進(jìn)行了許多研究，如7 0年代研制的35Cr3Mo3W2V(HMl)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、4Cr3MoW4VNb(GR)等，在熱穩(wěn)定性、熱疲勞性等方面均有所提高。
此外，國內(nèi)還研制了5Cr4W2Mo2SiV、5Cr4Mo6Ni2WV、7W4Cr2MoNiV、5Cr4W5MoV等鋼種，用于熱精鍛或熱擠壓模，效果也較好。80年代研制的高熱高強韌性鋼28C r2NiMoWVSi、6Cr2Mn2SiMoV、65W8Cr4VFiC(LM 1)、65Cr5Mo3Mo3W2rSiTi(LM2)、4Cr2Mo2WV(TM)、4Cr3Mo2NiVNb(HD)，后面兩種鋼用來代替3Cr2W8V效果較好。
為提高大截面機(jī)鍛模與錘鍛模的熱強性，近年研制的鋼種有5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi、55NiCrMoV、ER8、3Cr2MoWVNi、4Cr2MoVNi，后一種鋼在汽車制造廠錘鍛模上應(yīng)用，其模具壽命提高30%-50%。
正是后面兩種，在一汽使用已經(jīng)十幾年了，應(yīng)用效果還不錯。
結(jié)論：
綜上所述，我國模具材料應(yīng)立足國內(nèi)資源，適合中國國情。筆者認(rèn)為，一汽從誕生那天起，近半個世紀(jì)引進(jìn)、生產(chǎn)、研究、再生產(chǎn)。證明了適合汽車廠、機(jī)車車輛工廠、工程機(jī)械廠等鍛壓用的熱作模具鋼：
1 B3鋼(3Cr2WMoVNi)可適用于中小型機(jī)鍛模。
2 B2鋼(4Cr2MoVNi)可適用于錘鍛模、大型機(jī)鍛模。
既然您找到了我們，那么我們相信，您一定是需求優(yōu)質(zhì)的模具鋼產(chǎn)品，或者您正在茫無頭緒地尋找合適的模具鋼材料。不管您的采購意愿如何，但是請相信我們的誠意、努力和信譽。八年來我們一直秉承著賣真貨，報實價的原則。我們能做的就是在您找不到模具鋼材優(yōu)質(zhì)貨源的時候做您可靠的供應(yīng)商。也許您需求的材料市場上根本就沒有，蘇州浩凱將為您推薦為合適的模具鋼材以供選擇。在您買到不正確材料的時候，蘇州浩凱將為您供應(yīng)為正宗的材料，不讓您因為產(chǎn)品不合格而損失了您的客戶。
1 各國（前蘇聯(lián)、日本、美國、瑞典、中國等鋼牌號見表1） 加熱模具鋼一覽表。表1 加熱模具鋼一覽表
|
編號 |
中國 |
前蘇聯(lián) |
美國 |
日本 |
瑞典 |
|
1 |
5CrMnMo |
5XrM |
SKT3 |
||
|
2 |
5CrNiMo |
5XHM |
SKT4 |
||
|
3 |
4Cr5MoVSi |
4X5M¦×C |
H-11 |
SKD6 |
|
|
4 |
4Cr5MoV1Si |
H-13 |
SKD61 |
8402 |
|
|
4Cr5MoV1Si |
H-13 |
DAC |
8407 |
||
|
5 |
3Cr2W8V |
3X2B8¦× |
H-21 |
||
|
6 |
4Cr5W2VSi |
4X2B8¦× |
|||
|
7 |
3Cr4W2Mo2V |
3X4B2M2¦×(¦Ðu-470) |
|||
|
8 |
40Cr2SiWMoVAe |
40X2CBM¦×m(¦Ðu-640) |
|||
|
9 |
4Cr5WMoVSi |
4X5BM¦×C |
H-12 |
||
|
10 |
4Cr4Mo2WVS |
4X4M2B¦×C(¦Ðu22) |
|||
|
11 |
3Cr3Mo3V |
3X3Ms¦× |
H-10 |
||
|
12 |
45Cr3W3MoV$i |
45X3B2M¦×C(¦Ðu23) |
|||
|
13 |
4Cr3W5Mo3V |
4X3B5M2¦×C(¦Ðu-471) |
|||
|
14 |
3Cr3-3Mo系 |
SKD7 |
|||
|
15 |
3N13Mo系 |
DH75 |
|||
|
16 |
20Cr2Mo2WVNiCo |
YHD-3 |
|||
|
17 |
4Cr5W5 |
H-14 |
|||
|
18 |
4Cr4W4MoV2C04 |
H-19 |
SKD8 |
||
|
19 |
4Cr3W11V |
H-22 |
|||
|
20 |
見表3 |
QRO-80M |
|||
|
21 |
見表3 |
QRO-90M |
|||
|
22 |
55CrNiMoV6 |
德國2713 |
|||
|
23 |
5Cr4Mo3SiMnVAe(012Ae) |
||||
|
24 |
6Cr4Mo3Ni2WV(CG¡¤2) |
||||
|
25 |
35Cr3Mo3W2V(HM-1) |
||||
|
26 |
3Cr3Mo3VNb(HM¡¤3） |
||||
|
27 |
4Cr3Mo3W4VNb（GR） |
||||
|
28 |
4Cr3Mo2NiVNb(HD) |
||||
|
29 |
4Cr2MoVNi(B2) |
TF-1 |
|||
|
30 |
3Cr2WMoVNi(B3) |
||||
|
31 |
45Cr2MoVNiSi |
||||
|
32 |
28Cr2WMoVNiSi |
2 各國鋼牌號，均有各標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號和生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號。如SKD61是日本標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號，但DAC、YHD-3是生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號
3 每外國標(biāo)準(zhǔn)的鋼牌號，均可找到與其對應(yīng)的中國標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號。
4 編號1-6、22-32等17種標(biāo)準(zhǔn)鋼牌號，是我國已生產(chǎn)過。
熱作模具鋼中的合金元素
標(biāo)準(zhǔn)中，有四種高韌性錘鍛模具鋼：5CrNiMo、5CrMnMo、5MnMoSiV、5Cr4Mo。其中5MnMoSiV是為改善5CrNiMo鋼淬透性而研制的，5Cr4Mo鋼，主要是作為堆焊電極材料。70年代研制了無鎳鋼錘鍛模模具鋼5MnMoSiV，主要用于大中型模具，該鋼加入礬，并采用硅錳復(fù)合合金化，強度有所提高，但由于含碳量仍保持在0.50%左右，其韌性有所降低趨勢。近年來研制的4Cr2MoVNi、5Cr2MoVNiSi、45Cr2MoVNiSi，高溫強度有所提高，且含碳量有略微下降，因此韌性有所提高。上述鋼均用于大噸位錘鍛模和機(jī)鍛模。80年代前蘇聯(lián)、日本等國錘鍛模具鋼的發(fā)展趨勢是：
I把鋼中碳含量降低，即從0.5%降到0.4%，個別的可降至0.30%。
II鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩的同時又添加鈷、鈮、鈦、稀土、微量的鈣、鋁、氮等元素，進(jìn)行多元合金化，合金元素總量在5-10%不等。模具材料使用溫度及強韌性均有所提高，模具使用壽命可提高20%-120%。總的趨勢是向著低碳、沉淀、硬化方向發(fā)展。為此弄清楚各合金元素作用之前，必須說明幾個原則。
1 幾個原則
-降低鋼中碳的含量，淬火后能得到以板條狀馬氏體為主的組織，以保證模具材料的高韌性。
-實施多元復(fù)合合金化，以提高鋼的熱強性。合金化時，應(yīng)特別注意防止第二類回火脆性。
-研究實施合理的強韌化熱處理工藝，保證熱強性與熱韌良好的配合。
-在達(dá)到要求的綜合性能前提下，盡量減少其合金元素的用量，降低新鋼種的成本。
2 合金元素的作用
1） 碳
是控制馬氏體強度的關(guān)鍵因素，也是影響韌性的主要因素。國內(nèi)外關(guān)于低碳馬氏體的大量研究表明：若要獲得較好的綜合機(jī)械性能，鋼中碳量要控制在0.45%-0.30%。
2） 鉻
鉻形成碳化物，可提高鋼的淬透性。淬火加熱時鉻溶于奧氏體，淬火后固溶于馬氏體中，可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中，α-Fe中鉻含量少于2%時，隨著鉻含量的增加，高溫強度隨之上升，但鉻含量大于2%時，高溫強度將隨鉻含量的增加反而下降。同時，還會引起碳化物偏析，將導(dǎo)致降低沖擊韌性。一般講，熱作模具鋼，鉻含量應(yīng)控制2%為宜。
3） 鎢和鉬
鎢的加入在多元復(fù)合合金化的熱作模具鋼中，可以明顯地降低鋼的過熱敏感傾向，并提高鋼的熱穩(wěn)定性。但鎢的含量超過2-3%，鋼的熱強性不會再有明顯提高，反而會使韌性下降。一般應(yīng)控制在1%左右。
鉬的加入，可以提高鋼的淬透性與熱強性，又可以防止第二類回火脆性。但鉬加入過多，會造成鉬碳化物偏析，在回火過程中沿晶界呈針狀或網(wǎng)狀析出，影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中，鉬含量以0.6-1%為宜。
4） 釩
釩可以降低鋼的過熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的效果。馬氏體鋼中，釩含量達(dá)到0.5%就可以產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)。釩量過高，在二次硬化溫度范圍內(nèi)回火，鋼的塑性、韌性將明顯下降，故釩加入量不能超過1%。
5） 鎳
鎳為非碳化合物形成元素，可提高鋼的淬透性。對鋼的強度與韌性，均有良好作用。但過量鎳會促使沿奧氏體晶界析出碳化物，這會導(dǎo)致基體中合金元素含量降低，使鋼熱強性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會超過1.5%。
6） 硅
硅的加入可提高鋼的淬透性和基體強度。硅溶于α-Fe中，使其強化，并提高α-Fe轉(zhuǎn)變 r-Fe的轉(zhuǎn)變溫度及高溫抗氧化能力。硅是不溶于碳化物，但能提高回火時析出特殊碳化物的彌散度；近期研究表明：加入適量的硅可以改善鋼的韌性，在以碳化物為強化相的熱作模具鋼中，硅量一般以0.5-0.8%為宜。
7） 錳
錳，除了能提高淬透性之外，還可以消除硫的有害影響。它的含量，一般控制在0.5-0.8%。
8） 鈷、鈮、鈦
鈮可形成穩(wěn)定性很高的NbC，在1050℃剛剛開始溶入奧氏體中，因此抑制晶粒長大，可提高熱強性和高韌性。
鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬性（耐磨性能好），如美國的H-10鋼中。加入3%的鈷，可大大提高其鋼的耐磨性能。
鈦在鋼中的作用，就是在高溫時，避免晶粒粗化，因此可以強化鋼的基體，又能提高鋼的韌性。
9） 硫與磷
由原材料帶入的有害元素，參照5CrNiMo鋼的冶金含量標(biāo)準(zhǔn)，均控制在少于0.03%范圍。
國外熱作模具鋼
1 國外熱作模具鋼
對于要求高韌性、低耐熱性的錘鍛模用鋼，國外仍以5CrNiMo鋼為主。為進(jìn)一步提高鍛模壽命，開發(fā)了韌性較高、耐熱性更好的鋼種，如前蘇聯(lián)已使用多年的30X3HMψ、4X3BMψ，美國的H10、H11、H13等，其模具壽命可為5CrNiMo鋼的1.5-3倍。
對于小尺寸的錘鍛模，采用H10類型的模具鋼雖然有許多優(yōu)點，但其性能受淬火冷卻速度的影響很大，冷卻速度慢時，韌性就會顯著下降。為此，日本愛知鋼廠將3Cr-3Mo系鋼加以改進(jìn)，提高了Si、Cr、Ni的含量，使韌性提高一倍以上。在重約100kg的汽車鍛件上，模具壽命提高了約0.8倍。表2給出了這類鋼的化學(xué)成分，性能和模具壽命。
近年來日本大同特殊鋼廠還開發(fā)了一類保留5%以上殘余奧氏體的熱作模具鋼。這類鋼采用淬火后從550℃緩冷至150℃，或者在Ms點附近保溫的辦法，使奧氏體穩(wěn)定化，從而使鋼的韌性與持久強度比H10、H13提高1倍以上。
表2 改進(jìn)后的日本3Cr·3Mo系鋼化學(xué)成分、性能及壽命
|
編號 |
化學(xué)成分-% |
回火溫韌性值模具壽 |
||||||||||||
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
Cr |
Mo |
V |
W |
Nb |
Ti |
度/¡æ |
比較 |
命/次 |
||
|
1 |
0.32 |
0.85 |
0.88 |
3.03 |
3.12 |
0.43 |
635 |
100 |
5050 |
|||||
|
2 |
0.38 |
0.84 |
0.72 |
0.84 |
5.52 |
3.48 |
0.63 |
635 |
224 |
8200 |
||||
|
3 |
0.43 |
0.82 |
0.53 |
0.38 |
5.56 |
2.81 |
0.48 |
1.04 |
640 |
232 |
8550 |
|||
|
4 |
0.41 |
0.93 |
0.75 |
1.32 |
5.63 |
3.52 |
0.81 |
0.16 |
635 |
245 |
8250 |
|||
|
5 |
0.39 |
0.87 |
0.56 |
0.69 |
5.63 |
3.28 |
0.63 |
0.63 |
0.21 |
635 |
239 |
8150 |
||
壓力機(jī)鍛模用鋼發(fā)展的一個特征是迅速普及應(yīng)用大量析出硬化相模具鋼。由于用戶對此類鋼買來后可不必淬火，不僅可以使制模周期縮短，而且使模具壽命獲得提高，這類典型模具鋼有3Ni-3Mo型，如日本的TP1、HD24、DH75，美國的6F4，法國的3455、20DN、3211。日本大同鋼廠還在3Ni-3Mo鋼基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，降低碳含量，加入2.5%的Co，使鋼的韌性提高1.6倍，壽命提高50%。各國模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中都有一些含鈷的鋼種。日本在公布的新標(biāo)準(zhǔn)中就補進(jìn)了含鈷的美國H19類鋼種，定名為SKD8。鈷的價格較高，屬于稀缺的戰(zhàn)略物資，只有在必要時才使用含鈷的模具鋼。
另一條提高熱作模具鋼熱穩(wěn)定性與韌性的途徑是合金元素含量更加合理化。瑞典Uddeholm公司近年來開發(fā)了ORO80M、QRO090M、新鋼種，它是利用合理合金化配比，使其產(chǎn)生較多彌散的VC析出相，并在微量元素下，提高鋼的熱穩(wěn)定性、抗熱疲勞性。在這些性能方面均優(yōu)于3Cr2W8V鋼。其成份見表3。
表3 Uddeholm公司的新鋼種
|
鋼種 |
出廠硬度/HB |
主要成分/% |
淬火溫度/¡æ |
回火硬度/HRC |
用途 |
|||
|
C |
Cr |
Mo |
V |
|||||
|
QR080M |
180 |
0.4 |
2.6 |
2.0 |
1.2 |
1020 |
50 |
銅合金熱擠壓 |
|
QR090M |
180 |
0.4 |
2.6 |
2.25 |
0.9 |
1020 |
50 |
熱鍛\熱擠壓 |
波蘭近年來也研究出WNWl鋼，其成分為2.8Cr-1.5W-2.8Mo及少量的Ni、N等元素。該鋼合金元素含量低，可生產(chǎn)較大的錠子和鍛件。據(jù)報道，200mmX200mm截面的鍛件，其偏析程度可達(dá)到瑞典用粉末冶金生產(chǎn)的ASP30水平。在其顯微組織中，可看到彌散分布的TiC相，從而使鋼材的硬度和耐磨性均獲得較大的提高。波蘭的一些工廠現(xiàn)已采用該鋼種。日本高周波鋼廠開發(fā)的類似鋼種取名為KDWl，其耐熱性比高速鋼好，而沖擊值為其2倍。
國外熱鍛模正向大型化和復(fù)雜化發(fā)展，模具材料的開發(fā)重點是提高材料的抗熱疲勞性和減少熱處理變形。瑞典Uddeh01m公司改進(jìn)工藝，采用精煉技術(shù)，加上高溫擴(kuò)散退火工藝，開發(fā)了一種8407新鋼種，使鋼材的異向性獲得顯著改善。該鋼種允許在較高硬度下使用，從而使熱疲勞性能得到提高。日本高周波鋼廠開發(fā)的類似鋼種取名為KDA，法國蒂森特鋼廠推出類似鋼種取名為EFS。
2 國內(nèi)熱作模具鋼
一汽從20世紀(jì)50年代引進(jìn)模具材料到試驗研究，生產(chǎn)實踐，再引進(jìn)，再研究，再生產(chǎn)的過程，正是我國模具發(fā)展的一個縮影。
1） 一汽的模具
一汽的鍛壓設(shè)備是齊全的：模鍛錘、熱模鍛壓機(jī)、平鍛機(jī)、摩擦壓力機(jī)、高速鐓鍛機(jī)。生產(chǎn)模鍛件8萬噸／每年，需要模具材料50CrNiMo近千噸，模具材料消耗也是很大的。
I 1956年一汽從前蘇聯(lián)引進(jìn)50CrNiMo模具材料。
II 1958年蘇聯(lián)停止供應(yīng)模具材料后，自己先后開始研制雙金屬5Cr2MnMo／45Mn2電渣堆焊模塊、4Cr2MoVNi／30CrMnSi電渣重熔模塊，但分別由于心部裂紋、表面裂紋嚴(yán)重而停止生產(chǎn)。
III 又開始采用整體模塊鋼，從日本、德國等國進(jìn)口，SKT4、2713。
IV 20世紀(jì)80年代末，一汽棄雙金屬改用整體4Cr2MoVNi(B2)鍛鋼模具，廣泛應(yīng)用在錘鍛模和大型機(jī)鍛模。此前后又研究出適用于中、小機(jī)鍛模的模具材料——3Cr2WMoVNi(B3)
2） 其它科研單位、院校、工廠、嘗試過一些鋼種：為提高熱沖、熱軋、熱鍛及中、小機(jī)械壓力機(jī)用模具鋼的性能，以替代目前采用的5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V鋼種，國內(nèi)多年來進(jìn)行了許多研究，如7 0年代研制的35Cr3Mo3W2V(HMl)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、4Cr3MoW4VNb(GR)等，在熱穩(wěn)定性、熱疲勞性等方面均有所提高。
此外，國內(nèi)還研制了5Cr4W2Mo2SiV、5Cr4Mo6Ni2WV、7W4Cr2MoNiV、5Cr4W5MoV等鋼種，用于熱精鍛或熱擠壓模，效果也較好。80年代研制的高熱高強韌性鋼28C r2NiMoWVSi、6Cr2Mn2SiMoV、65W8Cr4VFiC(LM 1)、65Cr5Mo3Mo3W2rSiTi(LM2)、4Cr2Mo2WV(TM)、4Cr3Mo2NiVNb(HD)，后面兩種鋼用來代替3Cr2W8V效果較好。
為提高大截面機(jī)鍛模與錘鍛模的熱強性，近年研制的鋼種有5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi、55NiCrMoV、ER8、3Cr2MoWVNi、4Cr2MoVNi，后一種鋼在汽車制造廠錘鍛模上應(yīng)用，其模具壽命提高30%-50%。
正是后面兩種，在一汽使用已經(jīng)十幾年了，應(yīng)用效果還不錯。
結(jié)論：
綜上所述，我國模具材料應(yīng)立足國內(nèi)資源，適合中國國情。筆者認(rèn)為，一汽從誕生那天起，近半個世紀(jì)引進(jìn)、生產(chǎn)、研究、再生產(chǎn)。證明了適合汽車廠、機(jī)車車輛工廠、工程機(jī)械廠等鍛壓用的熱作模具鋼：
1 B3鋼(3Cr2WMoVNi)可適用于中小型機(jī)鍛模。
2 B2鋼(4Cr2MoVNi)可適用于錘鍛模、大型機(jī)鍛模。
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