日本热间挤压模具钢的发展动态

日本作为热间挤压用工具的材质大部分使用SKD61~SKD62。铝合金挤压用杆中除了SKD61外，在强度与韧性必要的情况下也使用18Ni马氏体时效钢。在铜合金或钛合金挤压模具中使用陶瓷系ZrO2模具得到了良好结果的报告。可是一般从原来已有经验的热作模具钢的范畴中开发改良适合于挤压的模具材料，此时当然要应用热间冲压模具材料和压铸模具材料的知识。东莞市弘超模具科技有限公司实际应用证明，以下几种热作模具钢很适合应用于热挤压模具：QRO 90 SUPREME、DIEVAR(乌德霍姆工具钢UDDEHOLM)、1.2367、DAC55、DAC40、DH31-S、DH31-EX（日本大同模具钢）、HD钢、Y4钢、GR钢（国产高耐热热作模具钢）等。
热挤压模具的问题点是挤压筒、模具的破裂与磨耗。在挤压筒中要求高温强度和疲劳强度，铝合金挤压使用改善SKD7或SKD61淬透性、耐热性的钢种等。铜合金挤压由于挤压温度高，因此使用A286(SUH660)等耐热合金，对模具从棱角部位破裂和耐磨性方面有特别要求。
原先铝挤压主体是住宅或大厦用建材，但近年载人车和载重汽车用构件轻量化的需求上升，因此大型、复杂形状构件的使用量增加。这样挤压时模具的挠度增大、滑动挤压部的烧伤和磨耗加大。采用日本通用模具钢SKD61时，为了防止模具的磨耗和烧伤，模具实施了反复的氮化处理。其结果氮化部位硬化而模具内部由于长时间的氮化加热逐渐软化，由于强度降低而废弃的不可避免。因此要求使用即使反复长时间氮化也不软化的抗软化性大的材料。例如在高Mo-W系中以4%Cr提高抗回火性的材料等（日立金属为DAC40等）。但大型模具使用中，由于淬透性不足，因此要用抗软化性提高的同时淬透性高的材料，即使用在5%Cr系上强化的材料。另外，在成本方面由于模具的薄壁化情况，模具存在破裂增加的倾向，在这样的模具中开发出5%Cr-低硅系考虑到韧性的适用材料并实用化。
在铜合金的挤压加工中坯料温度上升到工具钢的A1相变点附近甚至A1相变点以上的程度，模具与被加工材的接触时间长，因此表面以下深层软化产生强度降低。为此，与坯料接触的模具，挤压筒、挤压垫等，一般采用在700℃以上高温下蠕变强度优越的材料替代原先的马氏体钢SKD5或SKD7。其中的一种是Mn-Cr-V奥氏体热作模具钢，但此钢是在奥氏体基体上析出MC碳化物析出硬化钢，比超耐热合金价格便宜，不过MC碳化物析出于奥氏体晶界，降低韧性及被切削性极差是其缺点。
因此添加硫等易切削元素，以镍替换一部分锰，特别添加析出硬化元素的改良材料得到部分使用。这种材料析出硬化硬度在40HRC以上，且没有磁性，因此Plastic Magnet的冲压模具也使用。可是长寿命用铜挤压工具一般是使用超耐热合金。合金是V-57或Inconel718等。挤压工具中使用的超耐热合金的成分和用途示于表1。其中奥氏体系合金线（膨）胀系数大、导热率低，考虑适于内衬套热压配合材料的使用，防止挤压垫急冷等，能作为在设计或使用条件中的对策。
表1  挤压工具用超耐热合金的种类

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