模具钢金材型选择及其硬化原则

Cr-3Mo型热作模具钢典型的钢种为4Cr3Mo2SiV（相当于美国的H10、日本的SKD7），该类型钢一般韧性较好，主要用于热锻模和温锻模。H10钢与H13钢相比尤其是工作温度在600e以上时，H10钢的热强性明显优于H13钢。在H10钢的基础上，瑞典Uddeholm公司研制出了QRO45、QRO80M和QRO90Supreme<4>，日本大同特殊钢公司研制出了DH71钢<9>。国内新研制的HM1钢具有优良的强韧性、热稳定性及高的冷热疲劳抗力，且冷热疲劳抗力和回火抗力均高于3Cr2W8V<11>。

　　Cr-W型热作模具钢最典型的钢种为3Cr2W8V（相当于美国的H21），该类型钢热强性和耐磨性较好，但韧性和冷热疲劳性能差，目前发达国家已淘汰了3Cr2W8V钢，并用H13等钢取代，但我国仍在使用。

　　Cr-N-iMo型热作模具钢主要用于大型热锻模。该类型钢热稳定性、冲击韧性、淬透性及机加工性能较好，但耐磨性差。基体钢属于高强韧性热作模具钢，一般用于对韧性和红硬性要求较高的场合，如012Al钢既有高速钢的高硬度，又有中碳合金钢的强韧性<12>。目前热作模具普遍存在的问题为高温磨损、局部堆塌和冷热疲劳失效。如何从热作模具钢中的合金元素、碳化物及其强化机制途径来提高这些方面的综合性能将是研究热作模具材料工作者值得关注的问题。

　　热作模具钢中的碳化物热作模具钢中的Fe、Mo、V、W、Nb、Mn等元素与碳交互作用能形成特殊类型的碳化物。根据碳化物点阵类型的不同，大致可分为两类：第一类为rc/rMe>0159（rc为碳原子半径，rMe为碳化物形成元素半径），此类碳化物点阵复杂，是由按严格规律定位的金属离子组成的。该类碳化物一般熔点较低，热稳定性差。如Cr23C6、Cr7C3、Mn3C、Fe3C等。第二类为rc/rMe<0159，此类碳化物一般为点阵简单的间隙相。在间隙相中，金属原子一般形成具有配位数为12的六方晶系结构，碳原子在金属原子所形成的点阵中没有固定的位置，填塞于金属原子点阵的空隙中。

　　弥散强化热作模具钢之所以具有独特的高温性能，最主要是充分利用了特殊碳化物弥散强化作用。文献<16，22，23>认为QRO90、4Cr3Mo2V、CH75回火时析出大量细小的VC、Mo2C产生弥散强化作用，因而具有较高的热强性。弥散强化最简单的关系是由Orowan提出的弥散颗粒屈服应力S0与弥散颗粒间距+的关系<15>：S0=Ss+T/（b+/2）式中+）弥散颗粒间距，S0）弥散颗粒屈服应力，Ss）基体的屈服应力，T）位错的线张力，b）柏氏矢量。