熱鍛模具鋼熱加工模具鋼包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模。如前所述,熱加工模具工作條件的主要特征是與熱金屬接觸,這是與冷加工模具工作條件的主要區別。所以會帶來以下兩個問題:模具型腔表面金屬受熱。通常錘鍛模工作時,其模腔表面溫度可達300~400℃,熱擠壓??蛇_500~800℃;壓鑄模具的型腔溫度與壓鑄材料的類型和澆注溫度有關。例如,壓鑄黑色金屬時,型腔溫度可達1000℃以上。
如此高的使用溫度將顯著降低模具型腔表面的硬度和強度,該表面在使用過程中易于堆積。因此,熱模具鋼的基本性能要求是高的熱塑性變形抗力,包括高溫硬度和強度,以及高的熱塑性變形抗力,這實際上反映了鋼的高回火穩定性。因此,可以找到熱作模具鋼合金化的第一種途徑,即添加Cr、W、Si等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。(2)模具型腔表面金屬出現熱疲勞(開裂)。熱鍛模具的工作特點是間歇性。每次成型鐵水后,模腔表面應用水、油、空氣等介質冷卻。因此,熱模的工作狀態是反復加熱和冷卻,使模腔表面金屬反復熱脹冷縮,即反復承受拉壓應力。結果,模腔表面出現裂紋,這就是所謂的熱疲勞現象。
因此,對熱模具鋼提出了第二個基本性能要求,即具有較高的抗熱疲勞性能。一般來說,影響鋼的熱疲勞抗力的主要因素有:①鋼的導熱系數。鋼具有很高的導熱性,可以降低模具表面金屬的受熱程度,從而降低鋼的熱疲勞傾向。一般認為鋼的導熱系數與碳含量有關,碳含量高時導熱系數低,所以高碳鋼不適合熱作模具鋼。生產中通常使用中碳鋼(C0.3%5~0.6%),含碳量過低,會導致鋼的硬度和強度降低,也是不利的。②鋼材臨界點的影響。一般鋼的臨界點(Acl)越高,鋼的熱疲勞傾向越低。所以鋼的臨界點一般通過添加合金元素Cr、W、Si來提高。從而提高鋼的抗熱疲勞性能。