熱作模具的工作條件極為惡劣復雜产掂，都是直接與加熱的坯料甚至液態(tài)金屬相接觸东镶，并且在服役過程中不僅要被反復地加熱和冷卻，而且還要受到?jīng)_擊載荷的作用髓界，因此對熱作模具鋼的性能有極為苛刻的要求辰稽。當前熱作模具鋼的發(fā)展日新月異，國外開發(fā)出了許多性能優(yōu)異的新鋼種咪犹，許多新技術和新工藝在模具鋼的冶煉和熱處理過程中的應用極大地提高了模具鋼的質(zhì)量和性能爷瓜。

　　熱作模具鋼鋼種的發(fā)展

　　傳統(tǒng)上熱作模具用鋼主要是5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V這3個鋼種遭屑。其中享偎，5CrMnMo和5CrNiMnMo主要用于中小鍛模，對于更大截面或更高溫度的熱鍛模贴袖，這兩種鋼的淬透性和淬硬性都達不到要求漏匹，熱穩(wěn)定性也差≈手希基于傳統(tǒng)熱鍛模具鋼在性能上存在不足硫朦，按照合金化成分設計原理，有關人員在5CrNiMo鋼的基礎上研制開發(fā)出一些新型的鋼種背镇。新鋼種與傳統(tǒng)鋼種相比較咬展，淬透性和熱穩(wěn)定性明顯得到提高。

　　由于鑄造模具與普通機械加工制造的模具相比具有多方面的優(yōu)越性瞒斩，國外非常重視其發(fā)展破婆。為了提高鑄造熱鍛模具鋼的性能，目前研究主要集中在兩個方面：第一胸囱，優(yōu)化模具鋼合金元素成分祷舀；第二，對現(xiàn)行的鑄造熱鍛模具鋼進行變質(zhì)處理旺矾。

　　3Cr2W8V鋼廣泛用于黑色蔑鹦、有色金屬熱擠壓模具和Cu夺克、Al合金的壓鑄模具箕宙，這種鋼的熱穩(wěn)定性好嚎朽，使用溫度達650攝氏度，但鎢系熱作模具鋼的導熱性能差柬帕，導致其冷熱疲勞性能差哟忍，模具使用壽命不長。當前實際生產(chǎn)對熱擠壓和壓鑄模具用鋼性能的要求越來越高秃囚。為了適應這種變化融确，提高熱作模具鋼的性能，國外的研究工作者經(jīng)過多次研究試制后测佣，相繼研發(fā)了一些綜合性能較好的熱作模具鋼醒横。

　　從當前的研究狀況來看，國外的研究者主要是基于H13忽件、3Cr3Mo3V這兩種在國外應用較廣的鋼種從優(yōu)化模具鋼的成分禁舌、改進模具鋼的生產(chǎn)工藝流程兩個方面發(fā)展新的鋼種，提高熱擠壓和壓鑄模具鋼的性能涌俘，形成了一批性能優(yōu)良的新鋼種权煎。

　　為了提高H13熱作模具鋼的性能，世界各國通過調(diào)整優(yōu)化合金成分研發(fā)了許多新型鋼種昔永。當前H13鋼成分優(yōu)化有兩種趨勢：一是低Si高Mo的合金化途徑狱揩；二是加入Nb微合金化的方法，Nb的適量加入(0.07%)可以起到細化晶粒缺钓、提高熱穩(wěn)定性和熱疲勞性能的作用彻犁。

　　近年來，在3Cr3Mo3V鋼的基礎上國外研制了一些強韌性和熱穩(wěn)定性都比較好的熱作模具鋼凰慈，較有代表性的有瑞典的QR090M袖裕、日本的QDH、德國的GS999等溉瓶，這些鋼都具有較好的高溫性能和冷熱疲勞性能急鳄。

　　新技術和新工藝的發(fā)展對模具提出了更嚴格的要求，一些普通熱作模具鋼已不能滿足其要求堰酿，必須采用特殊性能鋼種制作熱作模具疾宏，才能使模具達到其技術要求并延長其使用壽命。這類特殊性能熱作模具鋼主要有基體鋼触创、析出硬化鋼坎藐、奧氏體型熱作模具鋼等。

　　新技術在提高模具鋼質(zhì)量上的應用

　　對模具鋼而言哼绑，提高其純凈度已經(jīng)成為提高模具性能和延長壽命的重要手段岩馍。提高鋼材的純凈度主要是指控制鋼中有害元素的含量，通過降低P抖韩、S含量可明顯提高材料的沖擊韌性和熱疲勞性能浇沧，并改善材料的等向性能盆篡；H、N坏扣、O對鋼材的性能也有諸多有害的影響春异，降低這些元素的含量對改善和提高鋼材的性能是十分有利的。目前往往采用真空精煉则徒、電渣重熔氛坪、保護氣氛重熔、真空自耗等先進的冶煉工藝來提高模具鋼的冶煉質(zhì)量冠幕。各種精煉技術的應用提高了鋼的純凈度骡侮，極大地降低了鋼中的夾雜物和偏析，并改善了夾雜物的形態(tài)雇蚁。

　　為提高模具鋼的質(zhì)量即钞，除了追求高的純凈度外，更需要微觀組織的均勻細小迹姆，特別是對模具鋼中碳化物的有效控制部爱。為了實現(xiàn)這一目的，一些新的工藝技術被采用岭埠。比如為了改善H13鋼偏析從而減少一次碳化物盏混，廣泛采用高溫擴散退火方法，該方法的應用同時也使二次碳化物成球形分布在鐵素體的基體上惜论，所有這些都提高了H13鋼的橫向沖擊韌性许赃。為了改善H13鋼的等向性能則采用等向鍛造工藝，使其橫向的塑性和韌性均得到很大提高馆类。

　　現(xiàn)代計算機技術的應用使模具鋼的研究開發(fā)取得了長足的進步混聊，也使新鋼種的研發(fā)周期加快。比如乾巧，應用大型商業(yè)化軟件Thermo-cale研究開發(fā)了Nb微合金化熱作模具鋼句喜，有效提高了鋼的熱疲勞性能。利用計算機技術對熱加工工藝過程進行模擬沟于，從而開發(fā)出先進的熱加工工藝也是當前計算機技術在提高模具鋼質(zhì)量方面的一個重要應用咳胃。采用有限元分析軟件對熱連軋過程的金屬三維流動進行了有限元模擬，從而確定了安全可行的軋制方案旷太。將計算機和實驗結(jié)合起來解決實際生產(chǎn)問題展懈，可消除傳統(tǒng)實驗方法中存在的感性因素，減少盲目性祟勿，使新鋼種的開發(fā)和新工藝的制定向理性化停柬、科學化、高效化發(fā)展，從而節(jié)省大量的研究經(jīng)費盯糠、時間和人力书瘤。

　　模具鋼熱處理技術的進展

　　高溫淬火工藝。隨著淬火溫度的升高涤瘸，H13鋼的熱強性、斷裂韌性和熱疲勞抗力明顯改善笔房⊙永基于這種原因，人們發(fā)展了高溫淬火工藝学虑。用高溫淬火和高溫回火代替普通球化退火段辈，然后再進行普通的淬火和回火。這種工藝既是雙重淬火工藝欲炉，又能在幾乎不降低沖擊韌性的前提下得到最大的斷裂韌性憾宅，硬度也高于普通熱處理。

　　強烈淬火技術愧捕。雖然強烈淬火的冷卻速度極快奢驯，但可避免開裂，減少畸變次绘，顯著提高鋼的力學性能瘪阁，延長零件使用壽命，而且在許多情況下邮偎，強烈淬火技術還有節(jié)能管跺、高效、環(huán)保等效果禾进，是一種前景廣闊的熱處理技術豁跑。

　　深冷處理。深冷處理是常規(guī)熱處理的延伸泻云，是以液氨為制冷劑在低于零下130攝氏度的溫度下對材料進行處理的方法艇拍。該方法能夠改變材料的力學性能，可在不降低材料強度和硬度的情況下宠纯，顯著提高材料的韌性淑倾。近年來，國外已對深冷處理進行了廣泛的研究涮饱，并在工模具上不斷得到應用绸廉，處理過的工模具使用壽命明顯延長，但在工藝的穩(wěn)定性和對某些材料的作用機理方面的研究還不夠深入常择，阻礙了深冷處理在工業(yè)上的應用姨痊。

　　模具鋼的表面處理技術及其進展

　　表面滲氮。目前對滲氮的研究主要集中在等離子滲氮上。氣體滲氮购狈、鹽浴滲氮等傳統(tǒng)工藝盡管在工業(yè)上已經(jīng)取得了較好的應用魂欺，但由于這些傳統(tǒng)工藝所用材料往往具有易爆炸性、有毒性杂猾，在實際應用中會對工人和環(huán)境造成傷害虏绑，從而限制了這些傳統(tǒng)工藝的應用。等離子滲氮就沒有氣體鹽浴滲氮工藝的不利因素签子，而且可以避免復合層即白亮層的形成和保證擴散層的質(zhì)量就壳。

　　激光表面處理。高能束表面強化技術的特點是加熱速度快缺西、工件變形小涤伐、不需冷卻介質(zhì)、可控性能好缨称，便于實現(xiàn)自動化控制凝果，在高能束表面強化技術中尤以激光表面處理的研究應用最多。目前對激光表面處理的研究主要是利用這種技術的可控性好睦尽、對基體影響小的特性器净，結(jié)合其他技術進行某些新工藝的開發(fā)研究。比如当凡，利用激光表面處理技術進行功能梯度材料的設計并應用在模具上掌动，從而提高模具的性能。還有人把激光表面處理技術與仿生學相結(jié)合宁玫，在材料表面進行激光仿生耦合設計粗恢，從而提高材料的表面性能。

　　除此之外欧瘪，對激光表面處理進行數(shù)學模擬也是目前研究的一個熱點眷射。這方面的研究，一方面是基于實際的激光表面處理佛掖，由于涉及的參數(shù)很多只逐，因此必須確定一個最優(yōu)的工藝，這就需要一個數(shù)學模型來幫助預測最優(yōu)的工藝參數(shù)虚蹋；另一方面運用數(shù)學模型可以使人們對最終結(jié)果的相互影響有更好的理解荞亩。

　　表面氣相沉積強化。氣相沉積分為化學氣相沉積和物理氣相沉積抄娜。這方面的研究主要是在模具表面形成一層陶瓷涂層驾腕，但是應用陶瓷涂層的最大問題在于陶瓷涂層在熱膨脹性能上與模具鋼基體不匹配，這會造成涂層的早期開裂砂彻。在陶瓷涂覆前進行等離子滲氮是增強陶瓷涂層與基體結(jié)合力的有效方法陷今，對延長熱作模具壽命的效果顯著港排，得到廣泛的研究。鑒于各種陶瓷涂層吻毅，無論是單層還是多層或與滲氮復合筑背，都會不可避免地產(chǎn)生與基體熱膨脹性能的差異，所以其對模具熱疲勞性能的影響是無法避免的妆墩。因此寸靶，有人提出設計一種復合涂層系統(tǒng)。復合涂層系統(tǒng)除了使壓鑄模表面具有抗焊合践付、抗熔損秦士、耐氧化、耐磨損等功能外荔仁，最大的特點是減少了熱量向模具的傳遞伍宦，減緩了模具的溫度變化芽死，增強了模具鋼的熱疲勞抗力乏梁。

　　結(jié)論

　　制造業(yè)的快速發(fā)展對模具鋼的性能提出了越來越高的要求，原有的模具鋼已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求关贵。為適應制造業(yè)的發(fā)展遇骑，結(jié)合當前模具鋼在應用中出現(xiàn)的問題，國外對模具鋼成分進行優(yōu)化改進揖曾，研究開發(fā)出了許多性能優(yōu)異的新型熱作模具鋼落萎。應用高新技術，提高模具鋼冶金質(zhì)量和對組織性能進行均勻化炭剪，是提高模具鋼性能的一條重要途徑练链。對熱作模具鋼進行合理熱處理和表面處理，是在現(xiàn)有材料基礎上發(fā)揮材料潛力奴拦、延長熱作模具使用壽命的常用方法颖倾。

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