1、熱擠壓模及中、小型機(jī)鍛模的工作條件與性能要求
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熱擠壓模工作時(shí)，受到壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和脫模的拉應(yīng)力作用。所受的沖擊載荷比錘鍛模小，但與熾熱金屬接觸的時(shí)間比錘鍛模長，工作溫度較錘鍛模高，擠壓不同金屬時(shí)溫升也不同，最高可達(dá)800一85090。因急冷急熱造成的熱應(yīng)力也大于錘鍛模，摩擦也更為劇烈。熱擠壓模的主要失效形式是模腔過量塑性變形，反復(fù)加熱冷卻而引起的疲勞破壞、熱磨損及表面氧化腐蝕。
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中、小型機(jī)鍛模的工作條件與熱擠壓模相近，所不同的是所受到的沖擊載荷比熱擠壓模大。因此，中、小型機(jī)鍛模的失效形式也與熱擠壓模相近。因而，要求熱擠壓模及中、小型機(jī)鍛模具有較錘鍛模更高的耐熱疲勞性、熱穩(wěn)定性和良好的耐磨性，以及較高的高溫強(qiáng)度和足夠的韌性。
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2、熱擠壓模及中、小型機(jī)鍛模用鋼
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常用的熱擠壓模具及中、小型機(jī)鍛模用鋼為鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鑰系、鎢鋁系和鉻鉑鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。
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(1)鎢系熱作模具鋼這類鋼的代表性鋼種為傳統(tǒng)的3Cr2W8V鋼，由于其耐熱疲勞性較差，在熱擠壓模方面的應(yīng)用將會(huì)逐漸減少，但在壓鑄模方面的應(yīng)用較多，故在壓鑄模用鋼中對(duì)其作詳細(xì)介紹。
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(2)鉻系熱作模具鋼鉻系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1和4Cr5 W2VSi。前兩種相當(dāng)于美國的H11和H13鋼，4Cr5W2VSi則由4Cr5MoSiV鋼演變而來，由。w二2%代替二Mo=1%O。這三種鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%左右，屬于中碳中鉻鋼。
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這類鋼的共同特性是:
①因含鉻量較多，具有較高的淬透性，如厚度為150mm的4Cr5MoSiV1鋼件可油冷淬透。而且這類鋼的過冷奧氏體在400一600℃之間具有很高的穩(wěn)定性，可長時(shí)間保溫而不轉(zhuǎn)變，因而適合于分級(jí)淬火。
②耐熱疲勞性較好，這是因?yàn)殂t、硅提高了鋼的抗氧化性，所以鉻系鋼較能適應(yīng)急冷急熱的工作條件。
③回火穩(wěn)定性較高，如4Cr5MoSiV, 4Cr5W2VSi鋼的淬火硬度分別在1070℃和1200℃左右淬火時(shí)達(dá)到最大值。然后回火，其硬度隨回火溫度升高而幾乎保持不變，并在500一550℃出現(xiàn)二次硬化峰值，以后則迅速下降。
④與鎢系熱作模具鋼相比，有較高的韌性，但高溫強(qiáng)度不足，耐熱性稍差，工作溫度一般不超過6501
⑤這類鋼所含碳化物種類及數(shù)量大致相同.因而過熱敏感性也大致相同。
⑥鉻系熱作模具鋼熱塑性較高，變形抗力小，鍛造開裂傾向性較小，但鍛造溫度范圍稍窄，必須嚴(yán)格控制鍛打溫度。
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(3)鉻鑰系鋼及鉻鎢鑰系鋼這類鋼包括4Cr3Mo3SiV(H10)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、3Cr3Mo3W2V(HMI)、5Cr4W5Mo2V(RM2)、4Cr3 Mo3 W4 VNb(GR)等。
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下面簡要介紹部分鋼種的性能特點(diǎn)與應(yīng)用
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1)3Cr3 Mo3 VNb(HM3)鋼:此鋼特點(diǎn)是含碳量較低，并加人少量鑰，故具有較高的耐熱疲勞性和強(qiáng)韌性，回火穩(wěn)定性好，其他工藝性能也均優(yōu)異。適于制造強(qiáng)烈水冷的壓力機(jī)成形模、輥鍛模、小型錘鍛模等，其工作壽命明顯高于5CrNiMo,4Cr5W2VSi, 3Cr2W8V鋼制造的模具。
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2) 5Cr4W5Mo2V (RM2)鋼:該鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%左右，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，使用狀態(tài)含碳化物較多，其中以M6C為主。因此，該鋼具有較高的回火抗力及熱穩(wěn)定性，在硬度50HRC時(shí)的熱穩(wěn)定性可達(dá)700cC，抗磨損性能也好。適于制作小截面熱擠、高速鍛模及輥鍛模具。
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3) 4Cr3Mo2W4VTiNb (GR)鋼:該鋼是在鎢鑰系熱作模具鋼中加人少量妮，而獲得高回火穩(wěn)定性和高的熱強(qiáng)性。其耐熱疲勞性、熱穩(wěn)定性、耐磨性及高溫強(qiáng)度明顯高于3Cr2W8V鋼。該鋼經(jīng)1160一1200℃油淬，630一600℃回火2次，每次lh的處理，其硬度可達(dá)50一55HRC，抗拉強(qiáng)度可達(dá)188OMPa，沖擊韌度為17J/cm2。該鋼的淬透性、冷熱加工性均好，適于制造熱徽、精鍛、高速鍛等熱鍛模具。
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4)基體鋼基體鋼中有多個(gè)鋼種可以兼作冷作模具用鋼和熱作模具用鋼，如6W8Cr4VTi (LM1 ), 6Cr5Mo3W2VSiTi (LM2)和6Cr4Mo3Ni2WV (CG-2)等，其中5Cr4Mo3SiMnVAI (012A1)鋼較多地用于熱擠壓模具，如軸承熱擠壓沖頭、傳動(dòng)桿熱徽模等，其使用壽命比傳統(tǒng)熱作模具鋼3Cr2W8V有較大幅度的提高。
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3.熱擠壓模具及中、小型機(jī)鍛模的材料選用
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選擇熱擠壓模具加工材料時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定，其次也應(yīng)考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素，以提高模具的使用壽命。表3一所示為熱擠壓模具加工材料的選用情況。中、小型機(jī)鍛模具的選材主要考慮鍛壓材料種類和生產(chǎn)批量，其次也要考慮模具尺寸、變形速度和潤滑條件對(duì)模具壽命的影響。
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4.熱擠壓模及中、小機(jī)鍛模的熱處理
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這類模具的制造工藝路線一般為:下料*鍛造、預(yù)先熱處理*機(jī)械加工成形，淬、回火、精加工。
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下面分析各熱加工工序的工藝特點(diǎn)。
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(1)鍛造工藝熱擠壓模及中、小機(jī)鍛模用鋼多為高合金鋼，所以模坯需經(jīng)良好的鍛造，尤其是含鋁的熱作模具鋼，要注意鍛造加熱溫度和保溫時(shí)間的控制，以避免嚴(yán)重脫碳導(dǎo)致模具早期失效。
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(2)預(yù)備熱處理
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1)退火。熱擠壓模具中、小機(jī)鍛模的退火工藝主要在于正確地選擇退火溫度，保持充分的保溫時(shí)間，并以合適的冷卻速度冷卻。另外，為了確保良好的耐磨性，在淬火后需保留一定數(shù)量的碳化物，由于碳化物的形狀對(duì)鋼的韌性有很大影響，因此還應(yīng)注意退火后的碳化物形狀。一般希望獲得圓而細(xì)小的碳化物。
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2)高溫調(diào)質(zhì)。為了使鍛后毛坯的力學(xué)性能(特別是斷裂韌度)得到改善，常常采用鍛后調(diào)質(zhì)的方法進(jìn)行毛坯的預(yù)處理。此種熱處理方法是將鍛后的模具毛坯加熱到高溫淬火，再經(jīng)高溫回火。
經(jīng)此處理，可使碳化物均勻分布，且形狀圓而細(xì)小，不僅改善了鋼的性能，而且還縮短了預(yù)處理周期。調(diào)質(zhì)處理的淬火加熱溫度可根據(jù)不同的鋼種而定，如3Cr3Mo3 W2V鋼為120090，同常規(guī)淬火溫度相近。高溫回火溫度一般在700一750℃之間。
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3)鍛后正火。對(duì)于鍛后出現(xiàn)明顯沿晶鏈狀碳化物的模坯，須正火予以消除后再進(jìn)行球化退火。因?yàn)檫@種鏈狀碳化物直接退火是難以消除的。
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4)淬、回火對(duì)于常用熱擠壓模具鋼及中、小機(jī)鍛模用鋼，選擇淬火溫度時(shí)，主要考慮的是奧氏體晶粒尺寸的大小和沖擊韌度的高低，其次還要考慮模具的工作條件、結(jié)構(gòu)形狀、失效形式對(duì)性能的要求。
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對(duì)于悴火保溫時(shí)間的選擇，主要考慮要能完成組織轉(zhuǎn)變，使碳及合金元素充分固溶，以保證獲得高的回火抗力及熱硬性。淬火保溫時(shí)間系數(shù)一般鹽浴爐取0.5一1 min/mm，尺寸愈小系數(shù)愈大。
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熱擠壓模具鋼及中、小機(jī)鍛模用鋼屬于高合金鋼，淬透性較好，淬火冷卻可采用油冷，也可采用空冷。對(duì)要求變形小的模具還可采用等溫淬火或分級(jí)淬火?；鼗鸸に嚨恼_與否，對(duì)模具的失效形式有很重要的作用。選擇回火溫度的原則是，在不影響模具抗脆斷能力的前提下，盡可能提高模具的硬度，這需要根據(jù)模具的具體失效形式來確定回火參數(shù)。淬火后的模具都應(yīng)盡快進(jìn)行回火，特別是形狀復(fù)雜的模具，當(dāng)模面溫度低于80℃時(shí)，回火就得進(jìn)行。為了避免殘留應(yīng)力的產(chǎn)生，在回火加熱和冷卻時(shí)都應(yīng)緩慢進(jìn)行?；鼗鹨话氵M(jìn)行兩次，回火時(shí)間可按3min/mm計(jì)算，但不應(yīng)低于2h。第二次回火溫度可比第一次低10一20CC。
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