热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触,因此会带来以下两方面的问题:
1)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℃,热挤压模可达500~800℃;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,在使用中易发生塌陷。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。因此,热作模具钢合金化的第一种途径就是加入Cr、W、Si等合金元素提高钢的回火稳定性。
2)模腔表层金属产生热疲劳(龟裂)。热作模具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表面,因此,热作模具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。因此,对热作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,影响钢热疲劳抗力的因素主要有:(www.xing528.com)
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碳的质量分数有关,碳的质量分数高时导热性低,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,碳的质量分数过低,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(Ac1)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等来提高钢的临界点,从而改善钢的热疲劳抗力。
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