热作模具用钢的热处理优化

热作模具是指对金属材料加热到再结晶温度以上进行压力加工的模具，是在高温条件下的金属成形模具。该类模具品种繁多，且在机械载荷和温度均发生循环变化的条件下工作。它们因所使用的成形设备和被加工材料的差异，以及模具的工作条件的差异而不同。因此，应根据工作条件的差异对模具材料的性能提出不同要求。

热作模具钢除应具有良好的工艺性能外，还应在不同温度下具有高的强度、硬度、韧性，同时还应具有热稳定性、抗热疲劳性、高温抗磨损与抗氧化性等。而这些性能决定于钢的化学成分和热处理过程。本节将主要介绍高韧性热作模具钢、高热强性热作模具钢、高耐磨性热作模具钢的一般热处理方法及其应用。

1.高韧性热作模具钢

（1）高韧性热作模具钢的热处理 该类钢淬透性高，有一定的回火稳定性和高温强度，具有较高的冲击韧度和疲劳强度，以及好的导热性、抗氧化性和加工工艺性。常用牌号为：5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV等。常用高韧性热作模具钢的化学成分及临界温度见表12-2-2。

高韧性热作模具钢的热处理过程如下：

1）预先热处理。锻压后退火，用以改善切削加工性，获取珠光体组织。

2）淬火。用以提高模具硬度和耐磨性。

3）回火。用以改善力学性能，去除淬火应力。

常用高韧性热作模具钢的热处理工艺规范见表12-2-3。

表12-2-2 常用高韧性热作模具钢的化学成分及临界温度

表12-2-3 常用高韧性热作模具钢的热处理工艺规范

（2）高韧性热作模具钢的应用 该类钢由于具有较高的韧性，故其大量应用于制造受冲击载荷较大的热作模具。对下列钢的应用情况说明如下：

1）5CrNiMo钢具有良好的韧性、强度和耐磨性，淬透性好，广泛用于制造各种类型的大、中型锻模，如锤吨位大于3t的锤锻模，也很适合于铝合金锻件所需要的锻造模具。

2）5CrMnMo钢性能与5CrNiMo相似，但淬透性和韧性均不如5CrNiMo，故多用于制造要求具有较高强度和高耐磨性，对韧性要求不高的各种类型的中小型、锤吨位小于3t的锤锻模及部分压力机锻模，或工作温度低于500℃的其他小型模具。

3）4CrMnSiMoV钢具有较高的强度和耐磨性，良好的冲击韧度和高温性能，淬透性高，适于制造大、中型锤锻模和压力机锻模，且模具寿命比前两者均高。

2.高热强性热作模具钢

（1）高热强性热作模具钢的热处理 该类钢种具有较高的强度和耐磨性，高温强度、抗热疲劳性、热稳定性等高温性能较高。特别是由于含有大量的Cr、W、Si、Mo、V等合金元素，且有中等碳的质量分数，故同时具有较高的淬透性和韧性，多用于制造压铸模和机锻模等。常用牌号有：4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5MoSiV（H13）、3Cr2W8V等。常用高热强性热作模具钢的化学成分及临界温度见表12-2-4。

表12-2-4 常用高热强性热作模具钢的化学成分及临界温度

高热强性热作模具钢的热处理过程如下：

1）预先热处理。锻压后退火，用以改善切削加工性、获取珠光体组织。

2）淬火。用以提高模具硬度和耐磨性。(www.zuozong.com)

3）回火。用以以改善力学性能，去除淬火应力。

常用高热强性热作模具钢的热处理工艺规范见表12-2-5。

表12-2-5 常用高热强性热作模具钢的热处理工艺规范

（2）高热强性热作模具钢的应用 该类钢由于具有较好的高温性能和综合力学性能，在热作模具钢中具有较高的通用性。对下列钢的应用情况说明如下：

1）4Cr5MoSiV钢是一种空冷硬化的热作模具钢。该钢种在中温下具有较高的热强度、硬度，又有较高的耐磨性和韧性，热处理变形小，在工作温度下能较好地抗冷热疲劳。因此，该钢种多用于制造铝铸件用压铸模、热挤压模和压力机模、塑料模等，也被用于制造工作温度在400～500℃的结构件。

2）4Cr5MoSiV1钢也是一种空冷硬化的热作模具钢。与4Cr5MoSiV相比，该钢种具有较高的热强度和硬度，在中温条件下有很好的韧性、抗热疲劳性和一定的耐磨性。由于该钢种综合性能较好，广泛用于制作模锻锤的锻模、热挤压模、锻造压力机模具及铝、铜和其合金的压铸模。

3）3Cr2W8V钢由于含有较多的易形成碳化物的Cr、W，所以高温时有较高的强度和硬度，抗冷热疲劳性较好，具有一定的淬透性，但塑性和韧性相对较低，多用于制造高温下高应力，但不受冲击载荷的压铸模、热挤压模及有色金属合金成形模。

3.高耐磨性热强型热作模具钢

（1）高耐磨性热强型热作模具钢的热处理 该类钢具有高的高温强度、高温硬度和一定的热稳定性，在高温下工作具有高的耐磨性。常用钢号有：5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、3Cr3Mo3W2V等。常用高耐磨性热强型热作模具钢的化学成分及临界温度见表12-2-6。

表12-2-6 常用高耐磨性热强型热作模具钢的化学成分及临界温度

高耐磨性热强型热作模具钢的热处理过程如下：

1）预先热处理。锻压后退火，用以改善切削加工性。

2）淬火。用以提高模具硬度和耐磨性。

3）回火。用以去除淬火应力，稳定组织与尺寸。

常用高耐磨性热强型热作模具钢的热处理工艺规范见表12-2-7。

表12-2-7 常用高耐磨性热强型热作模具钢的热处理工艺规范

（2）高耐磨性热强型热作模具钢的应用 对以下几种高耐磨性热强型热作模具钢说明如下：

1）3Cr3Mo3W2V（HM1）钢具有较高的热强性、抗热疲劳性能和良好的耐磨性。其淬火范围较宽，同时具有良好的抗回火稳定性和加工性，适于制造镦锻、压力机锻造等热作模具。

2）5Cr4W5Mo2V（RM2）钢具有较高的热硬性、高温强度和较高的耐磨性，适于制造小型精锻模、平锻模、热冲模和热挤压模具等，使用寿命较长。

3）5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）钢是冷、热两用型模具钢。作为冷作模具钢它具有较高的韧性，作为热作模具钢则具有较高的高温强度和良好的热疲劳性。因此，作为冷作模具钢多用于冷镦模；作为热作模具钢则多用于热挤压模，如铝合金热挤压成形模具等。