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模具材料的使用性能将直接影响模具的质量和使用寿命。模具材料的工艺性能将主要影响模具加工的难易程度、加工质量和生产成本。为此,应合理选择模具材料,改进热处理工艺和表面处理工艺,大力推广模具生产中的新材料、新工艺和新技术。热加工模具材料与模具寿命为了提高生产效率,提出毛胚精度和材料利用率,采用和发展少、无切削新工艺、新设备,对模具提出了向精密、多型腔、高寿命方向发展的要求,模具寿命的提高,根本的办法是采用高性能的模具材料。尽管影响模具寿命的因素是多方面的,但模具材料的选用是一个很重要的因素。
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Cr8MoWV3Si,代号ER5,在具有较高强韧性的同时,又具有突出好的耐磨性。该钢在回火过程中弥散析出的碳化物,是ER5比Crl2系钢具有更高强韧性和耐磨性的重要原因。ER5钢适用于制造承受冲击力较大,冲击速度较高的精密冷冲,重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。9Cr6W3Mo2V2,代号GM,也是以提高耐磨性为主要目的而研制的高耐磨冷作模具钢。该钢通过Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比,并根据'平衡碳'规律配碳,使钢具有佳的二次硬化能力及抗磨损能力,同时又保持了较高的强韧性和良好的冷热加工性能,适用于制造冲裁、冷挤、冷锻、冷剪、高强度螺栓滚丝轮等精密、高耐磨冷作模具。
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4Cr5Mo2MnVSi(代号Y10),是针对铝合金压铸模具而研制的,与3Cr2W8V钢相比,该钢具有抗冷热疲劳性能好、热处理变形小、抗铝溶损性能好等优点,模具的使用寿命普遍比3Cr2W8V钢制造的模具的使用寿命提高一倍以上。该钢还可用于制造工作温度在600℃以下的中小热锻等模具。铜、铝型材热挤压模具钢铜合金热挤压模的穿孔针、底模等长时与高温铜坯接触,模具的使用工况较苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si钢制作此类模具,模具的使用寿命一直较低。国内曾试图采用奥氏体热作模具钢来解决此类模具寿命低的问题,但因钢的冷热疲劳性能较差而仍未得到圆满解决。在此背景下,国内有关大学、研究院所和钢厂先后推出了可以提高此类模具使用寿命的钢种,如4Cr3Mo2NiVNbB(代号HD)、4Cr3Mo2MnVNbB(代号Y4)等。
常用金属的线膨胀系数及收缩率线膨胀系数表示摄氏温度升高一度时单位材料的尺寸变化。表1是一些金属的线膨胀系数。收缩率是指由热加工温度至室温这段温度区间内单位长度金属材料的尺寸变化,它与材料的线膨胀系数和热加工温度两者有关。模膛设计时,需要考虑工件的收缩率,精密加工时还需考虑模具的热胀冷缩问题。热加工时刚料的收缩率一般去1.2~1.5%,而对细长的杆类件,扁薄的工件,冷却快或打击次数多热加工温度低的工件收缩率取0.8~1.2%;带大头的长杆锻件,头部和杆部的冷缩塑料件一般取(0.3~0.5)%。铝合金为(0.8~1.0)%,镁合金为0.8%,钛合金为(0.5~0.7)%,铜合金为(1.0~1.3)%。