新型高温热作模具钢系列材料介绍
新型GH132B热挤压材料是一种新型特种合金材料，适应于600℃以上应用的热加工领域。具有良好的热稳定性和耐磨性及红硬性，同时具有优良的抗急冷急热和抗高温氧化性能，在温度650℃时具有良好的综合性能，是一种理想的热挤压材料。现用于制作有色金属铜挤压机的挤压桶的衬桶，其使用寿命比一般热作模具钢可提高五到十倍，并且挤制的产品表面质量好，尺寸精确度高，而且使用寿命长，应用到铜加工行业已有7年的历史。现该钢种作为挤压桶的内衫材料已应用到国内著名的铜加工企业。如浙江海亮，洛铜
，广州建莱铜业，上海申马铜业等。同时该种材料也用做电磁搅拌辊的材料，现用在某钢铁集团公司大型板坯连铸机上替代日本进口材料，效果良好，和我公司已经连续合作四年，受到用户的好评和信赖。现我公司正在推广该材料到热锻模上使用。
一、 新型特种钢GH132B热挤压材料的强化机理及主要性能
1. 强化机理
GH132B的强化机理不同于一般钢的强化机理。一般来说热作模具钢的强化主要是靠C、W、Mo等元素来进行强化。但在高温（大于600度）工作的环境下，随着相变及脱C的进行，钢的强度硬度很快下降。以至不能使用。而GH132B为奥氏体合金，其强化机理是高温时效强化。在高温环境的工作下，强化相γ'相随着时间的进行而增多。这样就使得钢的强度和硬度得到进一步的加强。所以使用寿命比一般的热作模具钢要长的多。GH132B材料是在航空发动机涡沦盘材料基础上，经过我厂改进发展而来的，使其更适合于高温热作模具钢的使用要求。
2. 抗氧化数据
| 试验温度℃ |
氧化增重速度，克/米2小时
|
||
|
100小时
|
200小时
|
300小时
|
|
|
650
|
0.00417
|
0.00276
|
0.00234
|
|
750
|
0.0325
|
0.07216
|
0.08322
|
|
850
|
0.1162
|
0.1263
|
0.09672
|
3. 线膨胀系数（20-700℃）：
18.74×10-6
4. 抗拉强度
20℃室温抗拉强度100kg/mm2
650℃高温抗拉强度：82kg/mm2
5. 持久性能
650℃应力40公斤/mm2持久时间为339小时
6. 冷热疲劳性能
试验温度：20℃-650℃（560次）循环裂纹长度为0.203mm
7. 长期时效性能
|
时效时间
|
20℃
|
650℃
|
||||||
|
σb
kg/mm2 |
σ0.2
kg/mm2 |
δ
% |
Ψ
% |
HB
d |
σb
kg/mm2 |
δ
% |
Ψ
% |
|
|
100
|
111
|
80
|
24.5 | 48.2 | 3.36 | 78 | 16.6 | 35.1 |
|
200
|
111
|
79
|
27 | 49.5 | 3.36 | 78 | 23.2 | 37 |
|
500
|
112
|
80
|
25.2 | 45 | 3.40 | 74 | 23.4 | 36 |
|
1000
|
110
|
79
|
24.2 | 46.2 | 3.47 | 70 | 24 | 34.2 |
二、新型特种材料GH132B合金先进性综述
热挤压模具是有色金属挤压生产中使用的关键工具，热挤压模具的使用寿命和质量，极大影响着挤压制品的质量、生产效率和生产成本。如果采用传统的热作钢材料制作挤压模具，由于使用寿命短，挤制品表面质量不好，尺寸精度差，因而需要频繁更换模具，生产效率低，产品成品率低，模具消耗量大。我们开发和研制的GH132B合金材料已解决了铜挤压的多种难题。从1997年开始，在全国铜挤压加工企业，开展推广应用，现已推广应用到著名的铜挤压加工行业，如洛铜、广东建莱、上海申马等已使用有5年的历史，全国最大的铜生产厂浙江海亮集团公司也已使用两年，用户反应良好，用量逐年递增，成为这些企业的生产中不可缺少的重要工具。几年来，已经在全国铜材挤压领域中，取得了显著的经济效益和社会效益并充分显示了这种新型材料的显著优越性。
1.提高生产效率
GH132B材料使用寿命长。使用寿命是H13钢的5-10倍，可以为企业减少大量热停修模时间。
2.提高产品质量
GH132B的红硬性高，耐磨性好。使用中不变形，不氧化，表面光滑不粘铜，所挤制的产品表面质量好，尺寸精确度高，为拉伸工序和定尺控制提供了良好条件。消除了使用热作钢模具时的粘铜、划伤等现象。
3.提高产品成品率
使用GH132B材料挤压出的铜材表面光洁，成品率高。
4.减低模具费用
热挤压生产中，挤压模具消耗量大，占生产的比重也高，使用GH132B材料，是热作钢模具使用寿命的5－10倍，并且减少大量的模具机加工费用。其经济效益和社会效益显著。为实现热挤压产品高产、优质、低耗提供了保证，为有色金属加工业的可持续发展创造了良好的条件。
5．提供产品的规格
我们现在可根据使用厂家的要求，提供挤压桶衬、桶外径和电磁搅拌辊外径≤φ500mm的各种粗车锻棒。以及各种规格的扁材
期盼我们合作成功！
GH2132B合金作为内衫材料在４０００吨挤压机上的应用
二、新型高温热锻模材料IN718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。现在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度时使用情况都出现相变，导致强度大幅度降低，模具很快就因为变形、裂纹、塌边等原因而报废。
IN718合金是航空发动机涡轮盘材料，美国F16飞机发动机大量使用该材料，IN718合金以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IN718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。IN718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IN718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。
|
σb/MPaT/℃
|
20℃
|
300℃
|
600℃
|
700℃
|
|
5CrNiMo
|
1500 Mpa
|
1100 MPa
|
400 MPa
|
----
|
|
IN718
|
1390 MPa
|
1250 MPa
|
1200 MPa
|
1000 MPa
|
表1 5CrNiMo钢与IN718合金在不同温度下的抗拉强度比较
|
σb/MPat/h
|
1 h
|
4 h
|
10 h
|
100h
|
200h
|
500h
|
1000h
|
|
5CrNiMo
|
1400 MPa
|
1000 MPa
|
360 MPa
|
----
|
----
|
----
|
----
|
|
IN718
|
1140 MPa
|
1140 MPa
|
1140 MPa
|
1140 MPa
|
1115 MPa
|
1155 MPa
|
1090 MPa
|
表2 5CrNiMo钢与IN718合金在650℃工作温度下使用的抗拉强度比较
在600℃ 时IN718的屈服强度是5CrNiMo
的2.4倍，而在650℃ IN718是5CrNiMo 的3.4倍。由于IN718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，IN718不变形。
IN718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IN718合金的硬度高于
5CrNiMo一倍以上,良好的高温硬度使IN718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IN718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IN718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。IN718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，IN718合金非常适用于600度以上使用的热锻模、冲头、热挤压模、压铸模等材料。它在抚顺钢厂的锻锤衬垫上的使用寿命是5CrNiMo钢使用寿命的15倍以上。
我公司现可以提供小于400圆以下的棒材，以及一定规格的扁材、锻件等产品。欢迎垂询惠顾。
三、新型高温热锻模材料TH66 合金
一 综述
TH66合金以镍为基体，同时添加强化元素铝，钛和难熔金属铌发展而成的时效硬化型合金。该合金具有良好的综合性能，晶粒均匀细小，屈服强度高，在高温工作环境中组织稳定。适合于在温度为750-800℃的工作环境中长期使用。
二 合金的成分及性能指标
1 合金成分如下表
|
C
|
Cr
|
Al
|
Ti
|
Nb
|
Ni
|
|
0.05
|
21
|
1.0
|
2.8
|
1.5
|
基
|
2 物理及化学性能
2.1热导率
|
θ/℃
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
700
|
800
|
|
|
12.1
|
14.2
|
16.7
|
18.8
|
21.4
|
23.7
|
26.2
|
29.1
|
2.2线膨胀系数
|
θ/℃
|
20-100
|
20-200
|
20-300
|
20-400
|
20-500
|
20-600
|
20-700
|
20-800
|
20-900
|
|
|
11.6
|
12.3
|
12.4
|
13.3
|
13.8
|
14.4
|
15.1
|
15.7
|
16.5
|
2.3密度 8.21g/cm3
2.4抗氧化性能
在空气介质中试验后的氧化速率见表
2.5力学性能
|
温度
|
σb
|
σ0.2
|
δ5
|
ψ
|
|
20
|
1202
|
791
|
26
|
29
|
|
300
|
1109
|
745
|
25
|
32
|
|
400
|
1077
|
741
|
26
|
35
|
|
500
|
1045
|
736
|
26
|
36
|
|
600
|
1031
|
720
|
23
|
35
|
|
700
|
1001
|
716
|
26
|
33
|
|
800
|
739
|
619
|
22
|
35
|
室温硬度为HBS262-363 但在高温下硬度值几乎不变.
2.6 合金在750度时不同应力下持久时间
|
温度
|
应力
|
时间
|
|
750
|
343
|
265
|
|
750
|
392
|
99
|
|
750
|
412
|
64
|
2.7热疲劳性能
|
温度
|
N／周
|
裂纹长度
|
|
750--20
|
377
|
0.5-0.52
|
|
650
|
0.51-0.59
|
三 结论
从该合金的成分以及各种性能指标来看，该合金非常适合在800以下的工作环境中长期使用。是在750-800环境中使用的工模具钢的良好替代钢种。
东北特钢集团技术中心特种合金民品开发室简介
特种合金民品开发室凭借长期在航空、航天、舰船等军工领域形成的产品及技术优势，在高温合金、精密合金、耐蚀合金、钛合金、耐热钢、电热合金、铸造母合金等领域为用户提供全方位的解决方案。产品规格覆盖棒材、锻件、板材、管材、带材、丝材、冷拔材、盘圆等。
