标题：热作模具钢
热作模具的工作条件
热作模具钢包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述．热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题：  热作模具钢（l）模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300～400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此．对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。 （2）模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。热模的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有： ①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢（C0.3%5～0.6%）合碳量过低．会导致钢的硬度和强度下降．也是不利的。 ②钢的临界点影响。通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。[1]
常用热作模具用钢
（1）锤锻模用钢一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用．故对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锤锻模的截面尺寸较大（<400mm）故对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。 常用锤锻楼用钢有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的锤锻模以5CrNiMo为好．也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锤锻模通常选用5CrMnMO钢。 
（2）热挤压模用钢热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500一800℃。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度(即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。对ak及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于 70～90 mm。 常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等热作模具钢．其化学成分如表4.16所示。 其中4CrW2Si．既可做冷作模具钢，又可做热作模具钢．由于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度（870—900℃）及低温或中温回火处理；作热模时则采用较高的淬火温度（一般为950一1000℃）及高温回火处理。
（3）压铸模用钢从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤模用钢相同．如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模．可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等对Cu合金压铸模．多采用3Cr2W8V钢。 近年来．随着黑色金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的铝合金和镍合金．或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，用以制造黑色金属压铸模。最近国内外还正在试验采用高强度的铜合金作黑色金属的压铸模材料。
热作模具用钢分析
⒈大截面热锻模具钢
为弥补5CrMnMo和5CrNiMo在较大截面和较高温度时热稳定性、热疲劳性及淬透性不够的缺陷，内开发了45Cr2NiMoVSi（简称45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（简称5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2）等大截面热锻模具钢。与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有较高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使CCT曲线上的高温转变区上移，低温转变区显著右移，提高了钢的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具经970-990℃淬火，650～680℃回火后，硬度可达HRC36-44。45Cr2和5Cr2还具有二次硬化能力，它们的高温强度较5CrNiMo钢高50%，热稳定性高出100～150℃，冲击韧性则相当。另外，钢的热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也强于5CrNiMo。这二种钢用于12000t以下机械压力机模具及16t以下模锻模具，模具的使用寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。
⒉中小热锻模具钢
中小热锻模具的表面温度可达600℃以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高温性能显然不能满足要求。3Cr2WSV钢的高温强度较高，但韧性及热疲劳性能较差。为此，国内较早开发了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）等3%Cr-3%Mo和3%Cr-2%Mo型的中碳铬系高强度热作模具钢，其中3Cr3Mo3VNb是根据形成合金碳化物所需的碳量对2Cr3Mo3VNb做进一步成份调整而来的。这二种钢中加人了3%左右的Mo，既能提高钢的淬透性和防止出现回火脆性，又能提高钢的热稳定性。加人V和Nb则可起到细化晶粒，降低钢的过热敏感性作用。因此，钢的淬透性高，淬火加热温度范围宽，过热敏感性低，具有高温强度高、热稳定性好、塑性韧性好、冷热疲劳性能好、热磨损性能好等优点，用于制造不锈钢（2Crl3）等热锻模，轴承凹模和辊锻模，都取得了良好的使用效果。
除以上30Cr-30Mo型热作模具钢外，国内先后开发的5%Cr系中碳中合金热作模具钢已较大量用于热锻模具，适用于制造工作温度在600℃以下，对韧性和塑性要求较高的模具。另外，该钢还可作塑料模具钢使用。目前，4Cr5MoV1Si钢的优良性能已在国内得到了广泛认可，应用量已较大。许多大学、研究院所和钢厂不惜花重金对该钢做研究和生产质量改进工作，并就此打出了自己的优质品牌。
⒊压铸模具钢
在有色金属压铸中，3Cr2W8V曾是应用广泛的模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金钢也作为铝锌合金压铸模具钢使用。3Cr2W8V的冷热疲劳性能较差，模具的使用寿命不高。国内为此先后开发了几个新型模具钢，如4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）和4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）等。
4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10），是针对铝合金压铸模具而研制的，与3Cr2W8V钢相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好、热处理变形小、抗铝溶损性能好等优点，模具的使用寿命普遍比3Cr2W8V钢制造的模具的使用寿命提高一倍以上。该钢还可用于制造工作温度在600℃以下的中小热锻等模具。
⒋铜、铝型材热挤压模具钢
铜合金热挤压模的穿孔针、底模等长时与高温铜坯接触，模具的使用工况较苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si钢制作此类模具，模具的使用寿命一直较低。国内曾试图采用奥氏体热作模具钢来解决此类模具寿命低的问题，但因钢的冷热疲劳性能较差而仍未得到圆满解决。在此背景下，国内有关大学、研究院所和钢厂先后推出了可以提高此类模具使用寿命的钢种。在相同硬度（HRC43）下，其断裂韧性比3Cr2W8V钢高30%。用HD钢制造的铜合金管材挤压底模和穿孔针的使用寿命较3Cr2W8V钢提高一倍左右，并在轴承环热挤冲头和凹模、汽门挤压底模上也有成功应用的例子。用Y4钢制造铜合金挤压模底模和穿孔针顶头，模具的使用寿命也比3Cr2W8V钢制造的模具稳定地提高一倍以上。
5.高温玻璃模具钢
玻璃制品模具要求模具材料具有优良的抗高温氧化性能和冷热疲劳性能，良好的耐芒硝腐蚀性能，足够高的强度，良好的抛光性能，并要易于脱模。此类模具常用铸铁、合金铸铁或3Crl3不锈钢制造，钢的性能远满足不了实际需要。为此，国内开发了代号为GY的高温玻璃模具钢。该钢是Si-Cr-Mo系预硬钢，具有良好的冷热疲劳性能，优异的抗氧化性能，优良的抗热触性能和较高的玻璃粘附温度。该钢在预硬后（HRC35左右）加工，加工性能良好，尤其适用于制造玻璃熔化或成型温度较高、表面质量要求高的玻璃制品模具。[2]
模具钢补焊常见焊丝
▲GMT-SKD11 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 56~58 焊补冷作钢、五金冲压模、切模、刀具、成型模、工件硬面制作具高硬度、耐磨性及高韧性之氩焊条，焊补前先加温预热，否则易产生龟裂现象。
▲GMT-63度刀口刃口焊丝> 0.5 ~ 3.2mm HRC 63~55，主要应用于焊拉刀模，热作高硬度具模，热锻总模，热冲模，螺丝模，耐磨耗硬面，高速钢，刀口修复。
▲GMT-SKD61 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 40~43 焊补锌、铝压铸模、具良好之耐热性与耐龟裂性、热气冲模、铝铜热锻模、铝铜压铸模、具良好耐热、耐磨、耐龟裂性。一般热压铸模常有龟甲裂纹状，大部 份是由热应力所引起,亦有因表面氧化或压铸原料之腐蚀所引起，热处理调至适当硬度改善其寿命，硬度太低或太高均不适用。
▲GMT-hs221锡黄铜焊丝。性能特点：HS221焊丝含少量锡、硅的特殊黄铜焊丝，用于黄铜的气焊及碳弧焊，也广泛用于钎焊铜、钢、铜镍合金等。铜及铜合金焊丝适用的焊接方法有氩弧焊、氧-乙炔焊及碳弧焊。
▲GMT-hs211力学性能好。铜合金氩弧焊及钢的MIG钎焊用。
▲GMT-hs201，HS212，HS213，HS214，HS215，HS222，HS225铜焊丝。
▲GMT- 1100、1050、1070、1080纯铝焊丝。性能特点：用于MIG和TIG焊接的纯铝焊丝。此种焊丝在阳极处理后具有很好的颜色配比性。适用于电力应用，抗蚀性很好，导通性优良。用途：船舶 运动器材 电力
▲GMT-半镍，纯镍焊丝焊条
▲GMT- 4043、4047铝硅焊丝。性能特点：用于焊接6***系列母材。对热裂纹的较弱敏感,被用于焊接锻造和铸造材料。用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱等。
▲GMT- 5356、5183、5554、5556、5A06铝镁焊丝。性能特点：此种焊丝为焊接5***系列合金以及填充合金化学成分与母材接近的焊接而专门设计的。它在阳极处理后具有良好的抗蚀性和颜色配备性。用途：应用于自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、 化工压力容器、兵工生产、造船、航空等。
▲GMT-70N > 0.1 ~ 4.0mm焊丝特性与用途:高硬度钢之接合，锌铝压铸模龟裂、焊合重建、生铁/铸铁焊补。可直接堆焊各种铸铁/生铁材料，也可做为模具龟裂之焊合，使用铸铁焊接时，尽量将电流放低，用短距离的电弧焊接，钢材进行部份之预热，焊接后之加热以及慢慢冷却。
▲GMT-60E> 0.5 ~ 4.0mm特性与用途:专用焊高拉力钢之接合，硬面制作之打底，龟裂之焊合。 高强度焊丝，含镍铬合金成份高，专业用于防破裂底层焊接、填充打底用，拉力强，并可修补钢材焊后龟裂现象。抗拉强度: 760 N/mm&sup2; 廷伸率: 26%
▲GMT-8407-H13 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 43~46 制锌、铝、锡等有色合金及铜合金之压铸模，可用作热锻或冲压模。具高韧性、耐磨性及防热熔蚀性佳，抗高温软化，防高温疲劳性良好，可焊补热作冲头、 绞刀、轧刀、切槽刀、剪刀...等做热处理时，需防止脱碳，热工具钢焊后所产生之硬度太高亦发生破裂。
▲GMT-防爆裂打底焊丝 > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高硬度钢之接合，硬面制作之打底，龟裂之焊合。高强度焊支，含镍铬合金成份高，用于防破裂底层焊接、填充打底，拉力强，并可修补钢材之龟裂焊合重建。
▲GMT-718 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 28~30 大型家电、玩具、通信、电子、运动器材等塑料产品模具钢。塑料射出模、耐热模、抗腐蚀模，切削性、蚀花性良好，研磨后表面光泽性优良，使用寿命长。 预热温度250~300℃后热温度400~500℃，作多层焊补时，采用后退法焊补，较不易产生融合不良及等缺陷。
▲GMT-738 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 32~35 半透明及需有表面光泽之塑料产品模具钢，大型模具，产品形状复杂及精度高之塑料模用钢。塑料射出模、耐热模、抗腐蚀模、蚀花性良好，具备优良加工性 能，易切削抛光和电蚀，韧性及耐磨性佳。预热温度250~300℃后热温度400~500℃，作多层焊补时，采用后退法焊补，较不易产生融合不良及等缺陷。
▲GMT-P20Ni > 0.5 ~ 3.2mm HRC 30~34 塑料射出模、耐热模（铸铜模）。以焊接裂开敏感性低的合金成份设计，含镍约1%，适合PA、POM、 PS、PE、PP、ABS塑料,具良好之抛光性，焊后无气孔、 裂纹，打磨后有良好之光洁度，经真空脱气，锻造后，预硬至HRC 33度，断面硬度分布均一，模具寿命达300,000以上。预热温度250~300℃后热温度400~500℃，作多层焊补时，采用后退法焊补，较不易产 生融合不良及等缺陷。
▲GMT-NAK80 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 38~42 塑料射出模、镜面钢。高硬度，镜面效果特佳，放电加工性良好，焊接性能极好，研磨后，光滑如镜，为世界最进步，最优秀塑模钢，加入易削元素，切削加 工容易，具高强韧性及耐磨不变形特性，适合各种透明塑料产品之模具钢。预热温度300~400℃后热温度450~550℃，作多层焊补时，采用后退法焊补，较不易产生融合不良及等缺陷。
▲GMT-S136 > 0.5 ~ 1.6mm HB~400 塑料射出模，抗腐蚀、渗透性良好。高纯度、高镜面度，抛光性良好，抗锈防酸能力极佳，热处理变型少，适合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料，耐腐蚀及容易加 工之模件及夹具，超镜面耐蚀精密模具，如橡胶模具、照相机部件、透镜、表壳等。
▲GMT- 皇牌钢> 0.5 ~ 2.4mm HB~200 铁模、鞋模、软钢焊接、易雕刻蚀花, S45C 、S55C 钢材等修补。质地细密、软、易加工、不会有气孔产生，预热温度200~250℃ 后热温度350~450℃。
▲GMT-BeCu (铍铜) > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高导热的铜合金模具材料，主加元素为铍，其适用于塑料注塑成型模具的内镶件、模芯、压铸冲头、热流道冷却系统、导热嘴、吹塑模具的整体型腔、磨耗板等。 钨铜材料则应用在电阻焊、电火花、电子封装以及精密机械设备等。
▲GMT-CU(氩焊铜) > 0.5 ~ 2.4mm HB~200 此焊支用途广泛，可焊补电解片、铜合金、钢、青铜、生铁、一般铜件之焊补。机械性能良好，可用于铜合金之焊接修补，也可用于焊接钢和生铁、铁的接合。
▲GMT-油钢焊丝 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 52~57 冲裁模、量规、拉模、穿孔冲头、可广泛使用在五金冷冲压，手饰压花模等，通用特殊工具钢、耐磨、油冷。
▲GMT-Cr钢焊丝 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 55~57 冲裁模、冷作成型模、冷拉模、冲头、高硬度、高轫性、线切割性良好。焊补前先加温预热，焊补后请做后热动作。
▲GMT-MA-1G > 1.6~2.4mm，超镜面焊丝，主要应用于军工产品或要求极高的产品。硬度HRC 48~50 马氏体时效钢系,铝压铸模,低压铸造模,锻造模,冲裁模,注塑模的堆焊。特殊硬化高韧度合金,非常适用于铝重力压铸模、浇 口、延长使用寿命的2~3倍,可制作非常精密之模具、超镜面（浇口补焊,使用不易热疲劳裂痕）。
▲GMT-高速钢焊丝(SKH9) > 1.2~1.6mm HRC 61~63 高速钢,耐用性为普通高速钢的1.5~3倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具、焊补拉刀、热作高硬度工具、模具、 热锻总模、热冲模、螺丝模、耐磨耗硬面、高速度钢、冲具、刀具、电子零件、螺纹滚模、牙板、钻滚轮、滚字模、压缩机叶片及各种模具机械零件等 ...。经过欧洲工业水准严格品质管制,高含碳量,成份优 良材料内部组织均匀,硬度稳定,而且耐磨性、韧性、耐高温等 ...。特性皆比一般同等级之材料为佳。
▲GMT-氮化零件焊补焊丝> 0.8 ~ 2.4mm HB~300 适用于氮化后模具，零件表面修补。