熱作模具對材料性能的要求及成分特點

 
    一、性能要求
    根據工作條件，熱作模具可分為熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和熱沖裁模等幾類。
    熱作模具在工作中既有力的作用又有溫度的作用，從而使模具的工作條件復雜化，對模具加工材料的特性要求也更加嚴格。為了滿足熱作模具的使用要求，熱作模具加工材料應具備下列基本特性:
    1)較高的高溫強度和良好的韌性。熱作模具，尤其是熱鍛模，工作時承受很大的沖擊力，而且沖擊頻率很高，如果模具沒有高的強度和良好的韌性，就容易開裂。
    2)良好的耐磨性能。由于熱作模具工作時除受到毛坯變形時產生摩擦磨損之外，還受到高溫氧化腐蝕和氧化鐵屑的研磨，所以需要熱作模具加工材料有較高的硬度和抗枯附性。
    3)高的熱穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性是指鋼材在高溫下可長時間保持其常溫力學性能的能力。熱作模具工作時，接觸的是熾熱的金屬，甚至是液態(tài)金屬，所以模具表面溫度很高，一般為400一70090。這就要求熱作模具加工材料在高溫下不發(fā)生軟化，具有高的熱穩(wěn)定性，否則模具就會發(fā)生塑性變形，造成堆塌而失效。
    4)優(yōu)良的耐熱疲勞性。熱作模具的工作特點是反復受熱受冷，模具一時受熱膨脹，一時又冷卻收縮，形成很大的熱應力，而且這種熱應力是方向相反、交替產生的。在反復熱應力作用下，模具表面會形成網狀裂紋(龜裂)，這種現(xiàn)象稱為熱疲勞，模具因熱疲勞而過早地斷裂，是熱作模具失效的主要原因之一。所以熱作模具加工材料必須要有良好的熱疲勞性。
    5)高淬透性。熱作模具一般尺寸比較大，熱鍛模尤其是這樣，為了使整個模具截面的力學性能均勻，這就要求熱作模具鋼有高的淬透性能。
    6)良好的導熱性。為了使模具不至于積熱過多，導致力學性能下降，要盡可能降低模面溫度，減小模具內部的溫差，這就要求熱作模具加工材料要有良好的導熱性能。
    7)良好的成形加工工藝性能，以滿足加工成形的需要。
    二、成分特點
    熱作模具鋼的成分與合金調質鋼相似，一般碳的質量分數(shù)小于0.5%(個別鋼種碳的質量分數(shù)可達0.6%一0.7%)，并含有Cr, Mn, Ni, Si等合金元素。碳含量低可保證其具有足夠的韌性。合金元素的作用是強化鐵素體和增加淬透性。為了防止回火脆性，還加人Mo,w等元素;為了提高高溫強度和熱疲勞抗力，需增加相當數(shù)量的Cr, W及Si。這些元素提高了相變溫度，使模面在交替受熱與冷卻過程中不致發(fā)生相變而發(fā)生較大的容積變化，從而提高其抗熱疲勞的能力。另外，W, Mo, V等在回火時以碳化物形式析出而產生二次硬化，使熱作模具鋼在較高溫度下仍保持相當高的硬度，這是熱作模具鋼正常工作的重要條件之一。