新型热作模具钢
出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第349页（2807字）
我国近年来研制成功的新型热作模具钢，除前面已经提及、可同时用于冷作模具的冷热兼用钢CG－2和O12Al外，还有上海材料研究所等单位研制的4Cr3Mo2W4VTiNb(代号GR)、机械工业部机电研究所等单位研制的35Cr3Mo3W2V(代号HM1)、25Cr3Mo3VNb(代号HM3)和无铬模具钢4SiMnW3Mo2VN、钢铁研究院等单位研制的5Cr4W2Mo2SiV(代号4#钢)、上海第五钢铁厂研究所等单位研制的7W4Cr2MoNiV(代号7W4)等，它们分别被用于高速精密锻造和热挤压模，使用寿命都较3Cr2W8V有成倍的提高。为了满足工作温度达750℃的高温热作模具的要求，北京钢厂等单位还研制了MnNiCr系奥氏体型热作模具钢9Mn9Ni4Cr8V2WMo和5Mn15Ni5Cr8V2Mo2，用做有色金属(Ni－Cu合金)及黑色金属的热挤压模，也取得了较好效果。各种新型热作模具钢的化学成分列于表130。
表130 新型热作模具钢
钢号及化学成分
4Cr3Mo2W4VTiNb(GR)钢同基体型热模钢5Cr4W5Mo2V(RM2)相比，适当减少了铬和钨的含量，同时加入了少量的钛和铌，以细化晶粒，从而在保持高的热稳定性和高温硬度的基础上，使碳化物分布均匀，高温强度，耐磨性和耐热疲劳性能都得到改善。GR钢和国内外常用的热模具钢ЭИ958、H13、ДИ22的高温机械性能对比见表131。由于GR钢在高温下具有极高的屈服强度，并有适当的塑性和韧性，而且耐热疲劳性能和抗磨损性能也非常良好，是一种高温性能优良，又符合我国资源的。新型热模具钢。GR钢适于制造热镦锻、精密锻造、高速锻造以及其他热锻模具。上海某厂用GR钢做高速锻造起动电机驱动齿轮的凹模，毛坯材料为18CrMnTi，模具寿命可达800件以上，是其他常用热模具钢(ЭИ958、ДИ22等)的2～3倍。上海某标准件厂使用GR钢制造螺帽热镦锻模，头道模的使用寿命是3Cr2W8V的4～8倍，二道模为2～2．5倍，具有明显的经济效果。
表131 几种热作模具钢的高温机械性能
35Cr3Mo3W2V(HM1)和25Cr3Mo3VNb(HM3)是在国外广泛采用的3%Cr－3%Mo型热模具钢(如35Cr3Mo3V和35Cr3Mo3Co3V)的基础上，结合我国资源和生产使用条件，经调整成分研制出的不含钴的新型模具钢。含钴的热模具钢，因为钴能明显地提高钢的热稳定性和高温硬度，用于高速锻造和其他热锻模具，具有良好的使用效果。HM1和HM3则结合我国富有的元素钨、铌等，在35Cr3Mo3V的基础上改型，提高其高温强度和热稳定性。由于这两种钢合金成分含量不高、冷热加工性能良好，淬火回火温度范围较宽，在保持较高强度和热稳定性的同时，还具有高的韧性和耐热疲劳性能，特别适于制造高速、高负荷、水冷、连续大批量条件下工作的模具，属于综合性能良好、具有高强韧性的热作模具钢。HM1用于轴承环毛坯热镦挤模和连焊热辊锻模等，使用寿命较3Cr2W8V、5CrMnMo等一般可提高2～3倍，最高可至15倍左右。HM3用做轴承环成型凸凹模，寿命可提高5～6倍。但这类钢含钼量高，要注意脱碳倾向。
冷热兼用模具钢6Cr4Mo3Ni2WV(CG－2)用于热作模具时取较高的回火温度，通常经1100～1140℃油淬，在600～650℃回火2～3次，在硬度为HRC50～54的状态下使用。CG－2钢的高温性能和韧性介于GR和HM1钢之间，而且具有较好的导热性、热稳定性和耐冷热疲劳性能，用于热挤、热冲、高速锻造等模具，都获得较为良好的使用效果。如CG－2钢用做热挤压轴承圈模具，其使用寿命较3Cr2W8V可提高数倍至20倍，用于手表壳热冲模具，与3Cr2W8V比较，其一次使用寿命可由400次提高到5000次以上；用做精锻模，在摩擦压力机上精锻齿轮毛坯，其使用寿命也比3Cr2W8V高出1～2倍。
为了对比65Nb、012Al、CG－2、LD、HM1和GR等几种新模具钢的各项性能、使用特点以及综合的技术经济效果，1980年原一机部组织有关单位把上述新模具钢，并加上Cr12MoV和3Cr2W8V两种常用老钢种，分为热作模具和冷作模具两大类型进行了全面的综合测试，其性能试验(包括工艺性能)的综合测试结果和性能对比汇总于表132。对比表明，各种新型模具钢均较老模具钢优越，但又各有特点，应根据不同要求和具体条件，合理选用。
表132 几种新型热作模具钢的性能对比
注：表中性能优劣以A、B、C、D顺序排列，+、一表示同一级之间仅有较小差别；表中老钢号可作为比较时的参考基准，凡老钢种未做的项目，符号仅表示新钢种之间的相对比较。
以上高性能热作模具钢都含有较高的铬或镍等稀缺元素，为寻求无铬镍新型模具材料，及满足高速锤和机械压床精密锻造对模具钢材的需要，4SiMnW3Mo2VN的研制成功，取得了明显的成效。该钢种不含铬，而加以氮、硅和锰来提高钢的红硬性、耐磨性和淬透性，在适宜的热加工工艺条件下，与含铬的同类型钢相比，有更高的强度和热稳定性，用于高速锤精锻“130汽车”行星齿轮，其模具使用寿命可由一般的500件左右提高到2500件左右，而且冶炼、锻造及热处理等工艺性能良好，生产工艺简单，并具有较好的切削加工性能，是一种有前途的新型模具用钢。
此外，对于锤锻模，沈阳重型机器厂也试制了无铬镍锤锻模具钢4SiMnMoV用来代替常用的5CrMnMo、5CrNiMo和进口钢材。经许多单位试用，4SiMnMoV具有良好的淬透性、热稳定性和耐磨性以及短时的高温强度等性能，其寿命和经济指标已赶上或超过进口模具钢。以某厂1～3吨锤用锻模为例，76%的模具寿命均比进口钢材高20～30%，型腔复杂和工作温度高的锻模则更能充分发挥其耐热和耐磨性能，在5吨以上的大型锻锤上使用，也取得了较好效果。现已列入重型机械行业模具钢标准投入生产。4SiMnMoV的化学成分见表133。
表133 4SiMnMoV的化学成分，%