【热作模具材料】
5CrNiMo钢自20世纪30年代初在工业中应用后至今仍广为应用。为了节约镍，以后研制的5CrMnMo钢，其强度和淬透性不亚于5CrMiMo钢，但韧性稍差。这两种钢属高韧性热作模具钢。5CrNiMo适于制造中、大型(锻模高度大于300mm)或型腔复杂的热锻模；而5CrMnMo适于制造中、小型锻模(锻模高度小于300mm)。5CrNiMo和5CrMnMo钢的主要缺点是热强度、热稳定性稍差，用于受热条件较恶劣的热段模(400℃以上)时，热强性和使用寿命欠佳。
3Cr2W8V钢是一种高热强性热模钢并具有良好的锻造、机械加工和热处理工艺性能，在热挤压模和热冲模上有广泛的应用。但3Cr2W8V钢的冷热疲劳性较差，尤其是用水冷却时，模具热疲劳寿命更低。3Cr2W8V钢冷热疲劳性差的原因除含钨量高外，另一未被充分认识的原因是不尽合理的碳量。众所周知，碳对钢的冷热疲劳性有很大影响，其最高临界量应该为0．30%，如在同样热疲劳试验条件下，4Cr4W2MoV钢的热疲劳裂纹长度为3Cr4WMoV钢的19倍。鉴于上述钢中碳对热疲劳性的影响，美、英以及日本的含碳量低(在0．25%～0，35%之间)，平均为0，30%，对提高3Cr2W8V的热疲劳性和热疲劳失效寿命是有利的。相反，原苏联与中国，由于偏重热处理后的硬度和耐磨性而忽视了热疲劳性，选择了较高碳量(0．3%～0．4%)，平均0．35%，超过前述的临界含量0．30%，因此不尽合理，它在一定程度上损害了3Cr2W8V钢的热疲劳性。中国如不淘汰3Cr3W8V钢，则需对其合理的含碳量进行研究。中国已经生产出H10、H21、H13钢。这些钢用以制造比5CrNiMo和5CrMnMo有更高强韧性要求的热锻模和比3Cr2W8V有更高热疲劳性能要求的热挤压模、热冲模和压铸模。但H13钢在600℃以上的热强性欠佳，在压铸高熔点合金(钢合金)时，H13钢就显得不太适应。此时，可试用H10钢。H10钢比H13钢有更高的热强性，但韧性和高温塑性略比H15钢低。UHB QRO 90 SUPREME钢的前身是UHB QRO 80M。后者是瑞典UDDEHOLM公司于80年代初才开发的中低合金热作模具钢。虽然这种钢的合金总量低于H13钢，但耐热性明显优于H13钢，略高于3Cr2W8V钢，而且具有很好的韧性和热疲劳性，特别适用于制作既要耐高温，又需要韧性、高热疲劳性的热挤压模、热冲模、热锻模和压铸模，通用性强。也适合于制造压制粉末的锻模。UHB QRO 80M钢实际上是在H10钢基础上发展起来的。研制者认为H13中的含铬量(～5%Cr)太高，淬火后回火时，铬和碳可形成高铬的碳化物，妨碍具有最高抗回火软化能力的碳化钒的形成，从而降低H13钢的高温热强性。因此，含有较少量铬(～2．5%Cr)的QRO 80M钢反比H13钢具有更高的热强性。HMI钢(4Cr3Mo3W2V)和HM3钢(3Cr3Mo3VBb)是结合中国资源条件研制而成的。这两种钢突出的优点是具有最高的室温与高温冲击韧性和优良的抗冷热疲劳性，适用于制作高温、高速、高载荷、水冷条件下工作因断裂或热疲劳失效的热作模具。GR钢(4Cr3Mo3W4－VTINb)含有较高的钨和少量的钛及铌，具有最高的热强性和热稳定性以及良好的抗疲劳性，适于制造温度较高与工件接触时间长，易引起热变形塌陷或热磨损失效的模具。012Al钢(50Cr4Mo3SiMnVAI)和CG2钢(6Cr4Mo3Ni2WV)属于基体钢。这两种钢碳量高，热疲劳抗力较差，突出的优点是有高的硬度、强度以及耐磨性，可冷热兼用，可取代Cr12型钢和高速钢用以制造要求高强韧性的冷镦、冷冲和冷挤模具。H13钢与QRO 90 SUPREME钢的热处理工艺如下。1．工艺与设备。表1给出了优质H13钢和QRO 90 SUPEME钢推荐的热处理工艺。工业发达国家多用真空炉进行工模具的加热淬火，经真空炉加热淬火的模具表面光亮，变形小，寿命较高。但从中国现状来看，真空热处理炉一次性投资较大。司鹏程等推荐采用在外热式刚玉流动粒子炉中进行处理。近些年流态炉在国内发展也较快，已有许多单位在用或希望用外热式刚玉流态炉进行模具的热处理。表1 优质H13钢与QRO90SUPREME钢处理工艺
(上海交通大学博士生导师司鹏程、叶伟江撰)