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摘要热锤锻模具是在高温下通过冲击强迫金属成型的工具，在工业领域又极为广泛的应用。不同的材料、热处理工艺、使用方式会对模具的性能和寿命造成很大的影响，所以可以人为的对各种情况进行分析，以避免在实际生产应用中造成不必要的损失。关键词：模具，材料，热处理热锤锻模具工作时受到比较高的单位压力和冲击力，以及高温金属对模具型腔的强烈摩擦作用。模具型腔表面经常被升温到400—450而且模具的界面一般都比较大而型腔比较复杂。因此，热锤锻模具钢应具有高的高温强度与耐磨性，良好的耐热疲劳性和导热性，高的淬透性，以保证整个模具截面得到均匀的力学性能，良好的冲击韧度和低的回火脆性倾向。一热锤锻模具钢中的合金元素及其作用Cr：一般加入1%左右的Cr，增加钢的淬透性，提高回火稳定性，改善钢的韧度Ni：能显著地提高冲击吸收能量，和Cr共同作用大大提高钢的淬透性Mn：主要是代替Ni,但Mn增加钢的过热敏感性并容易引起回火脆性Si：能提高钢的强度、回火稳定性和耐热疲劳性，但Si含量较高时（＞1%），会增加回火脆性，降低韧度Mo：有效的细化晶粒，减少过热倾向，提高回火稳定性，大大削弱钢的回火稳定性V:有效的细化晶粒，减少过热倾向，提高回火稳定性W：大大削弱钢的回火稳定性二热锤锻模具材料的选择锤锻模具工作时承受冲击载荷，故对钢的力学性能较高，特别是韧性要求较高。锤锻模具的截面尺寸较大，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。小型锤锻模具多选用合金含量较低，冲击韧性高的材料，如5CrMnMo钢：大型及型腔复杂的锤锻模具多选用淬透性较高的材料，如5CrNiMo钢；大截面锤锻模具多选用耐热，疲劳性能、冲击性能好的材料，如5Cr2NiMoVSi钢。热锤锻模具使用最广泛的是5Cr06NiMo和5Cr08MnMo钢。因本题中“形状比较复杂，锻坯生产批量大”的要求，故应选5Cr06NiMo钢来作锤锻模具材料。三模具的制作工艺热作模具的制造，就是通过各种专业工业，按照一定的顺序，进行加工，装配来完成的，热作模具的制造工艺大致为毛坯制备、成形加工、热处理、钳工修整、模具装配、试模与验收等阶段。一般的模具主要零件的制造工艺为：毛坯锻造退火机械粗加工精加工成形淬火、高温回火钳工整修、抛光模具装配试模四热处理工艺中大型模具的热处理工艺过程比较复杂，要求也比较严格。淬火处理要注意保护模面和模尾，以避免氧化脱碳。淬火过程要注意预热和预冷，加热时一般在450℃左右预热，升温速度不得大于50℃/h。锻模由型腔和燕尾两部分组成，锻模模面和模尾的硬度要求不同。大中型模的型腔部位要求硬度在36-42HRC，燕尾部分承受冲击，要求硬度为30-35HRC。在本例模具要求中，模面硬度要求为38-41HRC，模尾硬度要求为34-39HRC。为了降低模尾硬度，可以采用自行回火的的方法：使整个锻模在油中冷却3-5min后把模尾提出油面，停留一段时间，使温度回升，然后再放入油中，再提出，反复3-5次以达到要求。等温退火：加热到762-780℃，保温2-4h，然后冷却到680℃保温4-6h，最后在空气中冷却，得到珠光体+铁素体组织。淬火：先将模具加热到500-600℃，保温4-6h后加热到830-860℃。保温6-7h,然后油冷，得到的组织为：少量马氏体+残留奥氏体组织+下贝氏体。回火:将模具加热到400℃，保温1-1.5h然后继续加热，加热到520-540℃后保温2-2.5h，然后油冷2-2.5h，最后约100℃时取出进行空冷。五模具的常见失效形式热锤锻模具的主要失效形式有模具型腔断裂、型腔的热疲劳、型腔的塑性变形及塌陷、型腔的断裂，型腔的磨损、燕尾开裂等。其中磨损和塑性变形失效占70%以上，断裂失效大约占30%。1、模具型腔的断裂失效：这种断裂失效可分为冲击断裂和疲劳断裂。冲击断裂时由于热锤锻模具承受巨大的瞬时冲击载荷，当应力超过锻模材料的屈服强度时，裂纹首先从应力集中处产生，且从裂纹产生到整个锻模的突然断裂；疲劳断裂是热锻模在较长时间内，在较小的反复改变方向的应力作用下，以应力集中处出现的裂纹为起点，然后逐渐扩展，进而破坏材料的连续性，当承受应力的有效截面减小到一定程度且不能抵抗破坏抗力时，整个截面便骤然断裂。造成模具断裂的因素：（1）模具结构设计不合理，存在强度薄弱环节和易引起应力集中的结构；（2）模具的冶金质量不高（存在缩孔、白点等）；（3）选材不当；（4）热处理质量差。应对措施：（1）合理设计模具结构，避免产生应力集中：（2）降低表面粗糙度值；（3）严格控制原材料冶金质量，对模具锻胚进行充分锻造，改善内部组织；（4）正确进行热处理，保证达到模具技术要求；（5）中型模块优选5CrNiMo钢制造。2、型腔表面的磨损失效：模具型腔表面的磨损可分为两类：一类的特点是在模具与锻造材料滑动摩擦少的地方产生麻点状表面，这种磨损的发生有热和机械方面的原因，但主要与接触应力有关；另一类主要由模具与锻造材料之间的滑动摩擦所造成。影响磨损的因素主要有：（1）模具工作时的温度；（2）模具钢的硬度（尤其是高温硬度）；（3）模具的表面状态。预防措施：（1）降低型腔的表面粗糙度值，在热处理过程中采用保护措施，避免模具表面氧化、脱碳或增碳。（2）针对磨损和粘着磨损，可优选含有Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的钢材。此外，提高模具的高温强度，加强模具的使用与维护（如良好的润滑）、采取表面强化处理（如氮碳共渗，渗氮与渗硼处理等）。3、模具型腔的变形或塌陷：模具在服役过程中，模腔形面变形下榻，被加工零件尺寸超差，从而造成模具失效。锻压金属材料的模具，被锻造=毛坯的温度高达1000℃以上，模具表面与高温毛坯接触时，将会有大量的热量传导模具表面，即使采取了强制冷却措施，也不一定能将模具的表面温度下降到很低的程度。这种失效形式主要出现在热锻模的下模，下模受热影响大，容易使型腔表面软化变形，导致塌陷。在锻造热强性较高的材料时，或模具的硬度较低，抗压强度不足时，也容易引起模具型腔塌陷而失控。预防措施：（1）选择高热强性模具材料，并保证模块的表面和心部的硬度符合要求；（2）严格执行模具操作规程，如锻模在工作前应进行充分的预热（通常为250-300℃）；（3）清除模具表面的氧化皮；（4）适当去应力退火；（5）对模具进行渗硼处理。4、型腔表面的热疲劳或裂纹失效：热疲劳可导致模具型腔表面产生微裂纹。这种裂纹有的呈单条状，有的则连成细网状（即龟裂），模具在工作中受到急冷急热而产生的热应力，是导致模具产生热疲劳的主要原因。热疲劳时热锤锻模具的普遍损坏形式。措施：针对热疲失效，可采用5CrNiTi、5CrNiW、5CrNiMo钢来制造模具，如5CrNiW5CrNiMo钢制热锤锻模具采用补充淬火可提高模具寿命50%-80%，另外，还可通过热处理适当提高模具的硬度和冲击韧度。六结论热锤锻模具的选材、加工和热处理工艺决定了模具的用途和寿命，合理的选材和工艺制定非常重要。在本次的工艺要求中选用5Cr06NiMo钢，然后进行加工便能符合最终的要求。参考文献【1】戴起勋.金属材料学（第二版）.化学工业出版社【2】赵昌盛.实用模具材料与热处理手册.机械工业出版社【3】傅健红.模具的失效分析与对策锤锻模具材料选择及热处理工艺学校：学号：姓名：课程老师：