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热模锻(预锻和终锻)模具钢是模锻件出产中为重要和用量大的钢种,也是模锻件出产厂家为关注的模具钢。现在常用热作模具钢大致可以划分为两个层次:以5CrNiMo和5CrMnMo为代表的传统(普通)热作模具钢和以4Cr5MoV1Si(H13)、4Cr5W2VSi及3Cr3Mo3VNb为代表的优质模具钢。

现以具有代表性的、不同层次的典型热模锻模具钢5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb为例,对它们的力学功能和物理功能(常数)及其与运用作用之间的联系作一讨论。

为了解模具钢的功能与运用特性(或寿数)之间的联系,北京航空材料研究院研究了典型热作模具钢5CrNiMo、4Cr5W2VSi和3Cr3Mo3VNb的力学功能与温度、硬度与温度以及抗回火安稳性和冷热疲惫功能联系。三种钢试样的热处理工艺如下:

(1)5CrNiMo钢:盐浴炉865℃保温15min,油淬;电炉回火500℃保温1.5h空冷;冲击和热安稳试样380℃~400℃回火;硬度46.0HRC~46.5HRC。

(2)4Cr5W2VSi钢:盐浴炉1070℃保温10min,油淬;电炉回火590℃保温1.5h,空冷+580℃保温1.5h,空冷;硬度52.0HRC~52.2HRC。

(3)3Cr3Mo3VNb钢:盐浴炉1060℃保温10min,油淬;电炉回火610℃保温1.5h,油冷+580℃保温1.5h,油冷;硬度46.2HRC~47.0HRC。

2.3.3.2  常用热作模具钢物理功能

与模具运用特性相关的物理功能(常数)主要有线膨胀系数(α)、热导率(γ)、弹性模量(E)和临界点(Acl、Arl和Ms)。这些物理常数主要决定于钢中的合金元素和C含量以及原子结合力。

1.线膨胀系数

热锻模具的热膨胀和冷缩短引起模具体积改变,将形成内应力,从而导致模具钢的冷热疲惫功能下降,并在热处理时引起模具变形。线膨胀系数取决于钢的化学成分,模具钢中的含有的合金元素Cr、W、Mo和Ni等使线膨胀系数减小。

2.弹性模量

弹性模量为应力与应变的比值(E=σ/ε),表明钢的钢度。弹性模量是原子结合力的反映,对钢的热处理状况和显微组织不灵敏,随温度的升高而下降。在外加载荷相同的条件下,弹性模量大的钢的变形就小,因而,弹性模量高的模具钢在模锻时的变形小,这就意味着模锻的尺寸更安稳,这对精密模锻十分有利。


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