特殊用途的热作模具钢及热处理
随着工业技术的日益发展，出现了各种新的热加工方法，对模具工作温度的要求更高，工作条件也更加苛刻。为此．各种高速钢、奥氏体耐热钢、高温合金、难熔合金等，都被用于制造模具。
(一)奥氏体热作模具钢： 因为马氏体型热作模具钢在650ºC以上会发生碳化物的聚集长大，致使硬度、强度降低，因此为保证模具在750ºC以上能耐高温、耐腐蚀、抗氧化，研制出了奥氏体型热作模具钢。现在主要有铬镍系奥氏体钢和高锰系奥氏体钢两类。
1．高锰系奥氏体钢：此钢又分为高锰系奥氏体模具钢和高锰奥氏体无磁模具钢。(1)高锰系奥氏体模具钢 5Mn15Cr8Ni5Mo3V2和7Mn10Cr8Ni10Mo3V2是高锰系奥氏体钢，在加热和冷却过程中不发生相变，始终保持奥氏体组织，经1150~1180ºC固溶处理和700ºC时效后具有较好的综合力学性能，硬度为45~46HRC，但时效软化抗力很高，直到800ºC时效，硬度仍能保持在42HRc左右，远远超过3Cr2W8V钢，其热处理工艺与室温力学性能如表4-11所示。高锰奥氏体耐热模具钢主要用于制造工作应力较高、使用温度达700一800ºC的高温热作模具，如不锈俐、高温合金、铜合金的挤压模，模具寿命比3Cr2W8V钢制模具提高4—5倍。实际应用中应先将模具预热到400一450ºC，由于这类钢的塑性、韧性不高，故实际应用受到限制。   (2)高锰奥氏体无磁模具钢7Mn15Cr2A13V2WMo(7Mn15)  钢是一种高Mn—V系的无磁模具钢，7Mn15钢在任何状态下都能保持稳定的奥氏体组织，除可制作冷作模具、无磁轴承及要求在强磁场中不产生磁感应的结构件外，因其在高温下还具有较高的强度和硬度(如图4—3所示)，因此，也用来制作700~800ºC下使用的热作模具。 7Mn15钢常用的热处理工艺为：1180ºC加热水淬，700ºC回火空冷。
2．铬镍系奥氏体模具钢：4Cr14Ni14W2Mo、Cr14Ni25CoV钢属于铬镍系奥氏体钢，在700ºC以下具有良好的热强性，在800ºC以下有良好的抗氧化性及耐蚀性。如4Cr14Ni14W2Mo钢在800ºC时仍有250MPa的强度，且有很好的塑性与韧性。该类钢可进行l150~1180ºC或1050~1150ºC的固溶处理，再作750ºC的时效处理，适合制造钛合金蠕变成形模具和具有强烈腐蚀性的玻璃成形模具。
(二)高温合金：当挤压耐热钢管时，模具型腔温度会高达900~1000ºC，用奥氏体耐热钢也不能解决问题，需要采用高温合金来制作模具，如铁基、镍基、钻基合金、常用的镍基合金中，以尼莫尼克100号热强性最高，其化学成分为：wc＝0.3％，wTi＝1.0％~2.0％，wCr＝10％~12％，w Al=4％~6％，  wCo＝28％~22％，wMo＝4.5％~5.5％，wFe＜2％，其余为Ni 。在900ºC时持久强度仍有150MPa，可用于制作挤压耐热钢零件或挤压铜管的凹模及芯棒。
(三)硬质合金：硬质合金具有很高的热硬性和耐磨性，可用于制作工作温度较高的凸模或凹模中的镶块。如气阀挺杆热镦挤模，原用3Cr2W8V钢制作，模具寿命为0.5万件；改用钨钴类硬质合金YG20后，模具寿命提高到1.5万件。硬质合金还可用于制作压铸模、热切边凹模等。
(四）难熔合金：通常将熔点在1700ºC以上的金属称为难熔金属。在压铸钢铁材料时，压铸模型腔的工作温度可高达1000ºC，型腔表面受到严重的氧化、腐蚀和冲刷，常因产生严重的塑性变形和网状裂纹而失效，只能压铸几十件或几百件。因此可以来用钨、钼、铌等熔点在2600ºC 以上的难熔合全来制作压铸模的型腔。由于它们的再结晶温度高于1000ºC，可长时间在此温度之上工作。在热模钢应用较多的是钼基合金和钨基合金，其中TZM合金是钼基合金的代表，而Anviloy1150合金是钨基合金的代表    这类材料的牾是熔点很高，高温强度较高，耐热性、耐蚀性好，有优良的导热、耐热疲劳性能，不粘结熔融金属，塑性好，便于成形加工。主要用于在较高温度下工作的铜合金、钢铁树料的压铸模，也可用做钛合金、耐热钢的热挤压模等，其使用寿命远高于其他各种热作模具钢。
(五)压铸模用铜合金 在压铸钢铁材料时，一般3Cr2W8V钢压铸模的表面接触温度在950~1000ºC左右，采用导热性高的铜合金制作的压铸模，其表面接触温度可降低到600ºC。随着模具型腔温度梯度的降低，可减少模具的应力和应变，能收到满意的效果。  常用的铜合金有铬锆钒铜(wCr＝0.6％一0.8％、wZr＝0.4％，w V＝0．4％，其余Cu)、铬锆镁铜(wCr＝0.4％、w Z r＝0.15％、wMg＝0.05％，其余Cu)、钴铍铜(wCo＝0.5％一3％、wBe＝0.4％一2％，其余Cu)等。在600ºC下这些铜合金的力学性能显著高于1000ºC下的3Cr2W8V钢，模具使用寿命比3Cr2W8V钢提高1.5—2倍。用铜合金制压铸模镶块可在980ºC淬火后冷挤成形，然后进行时效处理，型腔的表面粗糙度好，可以提高使用寿命。