热模具钢应该具备的基本性能（常用热作模具钢）

随着高效、高速、高强度、大吨位机械化、自动化加工成型装备的发展，以及热锻模、热挤压模、热镦模等复杂工艺的广泛应用，而压铸模具，模具的强度和冲击韧性受到很大影响。对硬度、红硬性、耐磨性提出了更高的要求。目前，采用普通热作模具钢和普通热处理工艺已不能满足生产的需要，特别是冲击韧性差易开裂，红硬性低易崩边，高湿度下材料的耐磨性不高，导致模具的使用寿命显着降低，严重影响先进热成型技术的进一步发展。因此，提高热作模具钢的韧性和红硬性，延长模具的使用寿命变得越来越重要和紧迫。

历年统计表明，任何一种模具产品的成本比例为：模具材料成本占35%，模具供货费（机械切削加工和热处理加工）占50%。其中，前两项成本严重影响零件加工的生产成本，因此应谨慎选择合理的模具材料。

模具材料的性能、材料的质量以及是否合理使用等因素与模具在运行过程中的制造精度、合格品率、承载能力、寿命和成本有着密切的关系。因此，在设计和制造模具的过程中，选材时应综合考虑模具的类型（具体使用场合）、生产批量、生产材料、零件的复杂程度等因素。至于模具材料本身，需要考虑其机械性能、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、热变形性、淬透性、切削加工性，以及材料的价格和可用性。目前任何优质材料或新型模具材料都很难满足所有性能要求。因此，只能根据实际使用条件并满足主要性能条件来选择最佳的模具材料。

为了对具体问题进行阐述，现将模具寿命的影响因素介绍如下：

热作模具钢主要用于制造锤锻模具、压锻模具、热挤压模具和压制模具。他们的工作条件有很大不同。

影响热作模具工作条件的主要因素有：

1、锻造设备结构及特点锻造锤（空气锤、蒸汽锤、无砧锤、高速锤等）

工作时产生巨大的冲击能，使热坯料在模具型腔内成型。因此，锤锻模具在高湿度、高压、高速冲击载荷下工作。压力机（曲柄机械压力机、摩擦压力机、油压机、水压机）的加载速度比锻锤低得多。因此，冲压模具所承受的载荷接近于静载荷。

2、毛坯材料的性能

由于金属材料不同，其熔点和锻造加热温度差异很大，因此模具的工作条件也不同。

3、模具润滑及冷却方法

金属塑性成形时，使用适当的润滑剂可以降低摩擦系数，减少变形抗力。减少量通常为30%至40%，这有助于减少模具的磨损，防止模具破损的风险。同时，为防止模具温度过高，热作模具必须采取冷却措施。生产实践证明，正确有效的冷却可以提高模具的使用寿命。

4、模具结构及制造质量

模具的结构设计和型腔几何形状对金属塑性成形压力和模具寿命有很大影响。为了提高模具寿命，通常采用各种形式的组合凹模。模具型腔的表面粗糙度对抗疲劳性和摩擦力也有很大影响。

5、合理使用模具

热作模具和冷作模具的使用有一个很大的区别，那就是模具在使用前必须预热。生产实践证明这项工作非常重要。如果不注意模具的合理使用，模具的使用寿命将会大大降低。

根据实际生产中的相关数据，目前各企业使用的热作模具的应用情况可归纳如表1所示。该表列出了热作模具常用钢种、主要特性、热处理硬度及用途。表1 热作模具常用钢种、主要特性及用途

钢号

主要特点

硬度HRC

目的

5CrNiMo

合金元素含量低的热作模具钢淬透性高，韧性、强度和耐磨性良好，但易产生白点

4448

适用于制造形状复杂、冲击载荷大、工作温度不太高、边长>400mm的各种大中型锤锻模和修边模

5CrMnMo

该钢除淬透性和抗热疲劳性能稍差外，其他性能与5CrNiMo相似。

4448

适用于制造边长400mm的中型锤锻模，即切边模

铬锰钼硅钒合金

由于合金元素的添加，使其抗回火性和淬透性增加，其使用寿命较上述两种材料有较大提高，但韧性不如5CrNiMo

4449

适合制作中、小型锻模，但不适合制作大型锤锻模

3Cr2W8V

该钢含有较多易形成碳化物的铬、钨元素，淬透性良好。在高温（600-700）下，具有较高的强度、硬度和热疲劳性能，但其强度和塑性较差

48

用于制造承受高温、高压应力，但冲击载荷不大的冲头、凹模。如制造压铸模具、热挤压模具、精锻模具和有色金属成型模具等。

4Cr5MoSiV(H11)

空冷硬化热作模具钢具有良好的热强度、高耐磨性和良好的中温疲劳性能，热处理变形小。

5357

用于制造铝合金压铸模、热挤压模、冲压工具、芯轴、压锻模

4Cr5MoSiV (H13) 4Cr5W2SiV

空冷硬化热作模具钢具有高强度和硬度、高耐磨性和韧性，在较高温度（600）下使用时具有良好的抗热疲劳性能

5355

用于制造锤锻模具、热挤压模具和芯棒、压力机模具、精锻机模具和镶件、铝和铜合金压铸模具、高速锤锻模具

3Cr3Mo3VN6(HM3)

新型高强度热作模具钢。该钢具有较低的碳含量，以提高导热性并提高冷热疲劳寿命。钼、钒和铌合金元素形成碳化物。由于熔点较高，它们可以细化晶粒并提高钢的热强度。

4752

用于制造航空喷气发动机用难变形合金、高温合金等精密锻模

4Cr3Mo2MnVB(ER8)

空冷硬化热作模具钢（H10变质钢），具有较高的强度和韧性、耐冷热疲劳、抗热震和抗回火软化

4248

用于制造铜、铝合金压铸模具、大变量热挤压模具、热拉件冲头。

4Cr5Mo2MnVN6B(Y4)

新型热作模具钢。具有较高的热强度、热稳定性、良好的韧性、导热性和加工性能。

4950

用于制作铜、铝合金压铸模具，可替代3Cr2W8V钢制作中、小型压力机模具、热积压模具等

4Cr5Mo2MnVSi(Y10)

新型热作模具钢。其化学成分与H13钢相似，具有良好的淬透性。钼、钒合金元素对于细化晶粒、提高热导率和回火稳定性有很大作用。

5051

用于制造电机端盖、摄像头盒、汽车变速箱上盖等铝合金压铸模具。

6Cr4Mo3Ni2WV (CG2)

基体钢可热、冷使用，热处理工艺范围广，无淬裂倾向，在较高温度下具有较高的强度、韧性、耐磨性和抗热疲劳性能。

5153

用于制作热冲压模具、热挤压模具、高速锻造模具、精锻齿轮模具及镶件等。

8407（瑞典）

该钢纯净度高、晶粒细、各向同性好，无论尺寸大小均具有良好的韧性。高温强度高，抗热应力疲劳能力强，淬透性和热处理尺寸稳定性好

3238

用于制造锌、铝、铅压铸模具和交叉套

总之，热作模具使用寿命的一个重要因素与模具材料的化学成分及其决定的钢材的强度、韧性、耐磨性、热稳定性等有关。还与冶金质量密切相关。因此，为了提高模具的使用寿命，作为制造业，必须正确设计模具结构，精确制造模具零件，合理使用模具及其热处理工艺，同时选择根据实际生产需要选用优质合适的钢材，并选择合理的热处理工艺，才能充分利用模具材料的各种性能，提高模具的使用寿命。

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