新型高温热锻模具材料---GIN439高温合金

新型高温热锻模具材料---GIN439高温合金
高温热锻模是指在高温(超过600度)下使用的锻造模具。这种模具的使用条件十分恶劣，不但要承受超高温而且还要承受高的冲击力。一般使用的热锻模材料为5CrNiMo  5CrMnMo,H13,3Cr2W8V等钢种，但是这些钢种在使用时，由于承受高温以及大应力，所以这些材料的在温度超过600度时使用情况都不是很好。   
GIN439合金是以Ni为基体，在合金中加入铝，钛以形成金属间化合物进行r’(Ni3AlTi)相沉淀强化。这样就使得该合金具有高温强度高，高温稳定性好，抗氧化性好，热疲劳性能及冲击韧性优异，特别适合制作热锻模，国外已经大批量使用该合金用作高温模具材料。  
在高温的工作环境下5CrNiMo等普通模具材料的屈服强度和抗拉强度远低于GIN439合金，而且随着温度的升高、使用时间的延长屈服强度和抗拉强度急剧降低。GIN439合金在高温下，不仅强度远高于5CrNiMo合金钢，而且随着温度的升高屈服强度和抗拉强度变化不大，并且GIN439合金在使用条件下超过1000小时抗拉强度下降小于5％。而5CrNiMo等常规模具钢材料650度高温下累计接触时间不超过8小时就已经因失效而报废。因此，温度愈高，时间愈长，他们之间的差别愈大。
表1   5CrNiMo钢与GIN439合金在不同温度下的抗拉强度比较

T/℃  σb/MPa   20℃       300℃    600℃    700℃
 
5CrNiMo        1500 Mpa  1100 MPa  400 MPa    ----
 
GIN439         1390 MPa  1250 MPa  1200 MPa  1000 MPa
 
表2   5CrNiMo钢与GIN439合金在650℃工作温度下使用的抗拉强度比较

t/h  σb/MPa   1 h          4 h      10 h       100h     200h      500h     1000h
 
5CrNiMo        1400 MPa   1000 MPa   360 MPa    ----     ----      ----      ----
 
GIN439         1140 MPa   1140 MPa  1140 MPa  1140 MPa  1115 MPa  1155 MPa  1090 MPa

在600℃ 时GIN439的屈服强度是5CrNiMo的2.4倍，而在650℃  GIN439是5CrNiMo 的3.4倍。由于GIN439合金具有这种优良的高温强度，锻造时在温度升高到500－800℃时，GIN439不变形。   
GIN439合金的高温硬度在热锻模的工作温度范围也明显高于5CrNiMo  而且从室温至800℃，硬度保持在同一水平，与此相反5CrNiMo  从400-600℃硬度几乎成直线降低。在500℃时，两种材料硬度相同，到600℃时IN439合金的硬度高于 5CrNiMo一倍以上,良好的高温硬度使GIN439合金具有良好的高温耐磨性。    
一般的热作模具钢的高温稳定性都不好，从450℃到600℃回火由于组织中碳化物球化，所以钢一直在软化，硬度不断降低，而GIN439合金为单一奥氏体钢，不存在相变。在正常热处理后，在600-700℃加热长达1000小时，组织稳定，硬度变化很小。因此5CrNiMo等热作模具钢使用过程中受锻件加热，是一个回火软化过程，材料强度不断降低，而GIN439可以保持良好的的强度性能，这一特点对于制作热锻模来说极为有利。    
热锻模在高温下工作，因此材料必须具有良好的抗氧化性能。Cr是主要的抗氧化元素。5CrNiMo钢中仅含有0.7％左右的Cr表面在高温下形成低含量的氧化膜（Fe3Cr）2O3 。这种氧化膜多孔，而且很容易被工件材料所磨掉。GIN439合金含有18％的Cr，所以在表面形成致密而且防护性良好的以Cr2O3为主的氧化膜。抗氧化良好。    
综上所述，GIN439合金非常适用于600度以上使用的热锻模、挤压垫、热挤压模、压铸模等材料。
资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司技术中心
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