DHA-Thermo模具鋼的特性及開發背景

DHA-Thermo鋼是兼具35W/(m.K)~37W/(m.K)高導熱系數和必要力學性能的新型壓鑄模具鋼，特別適用于需減輕燒結和增大壓鑄凝固速度的場所，較之DHA1（JIS SKD61）鋼，DHA-Thermo鋼的軸芯溫度下降了140K，從而細化了與軸芯接觸的素坯的表層鑄造組織，并增大了其凝固速度。DHA-Thermo鋼的應用使壓鑄時間縮短30%，整體鑄造時間縮短10%，實現了壓鑄的高效率生產。

DHA-Thermo鋼的特性概念圖

DHA-Thermo鋼的開發背景
冷卻壓鑄金屬模具的目的是：
①因凝固速度的增大而縮短鑄造時間，并細化鑄造組織；
②因減輕了燒結和熱疲勞龜裂而延長模具使用壽命。
所以，為了將生產成本與鑄造成本直接掛鉤，模具的冷卻就處于重要的技術地位。近年來，生產周期的縮短和鑄造技術的進步導致模具高溫化，從而進一步增強了模具冷卻的重要性。為了大幅度改善模具的冷卻能力，增設模具內部的冷卻回路是有效的。但這些方法易受模具結構的制約，而且還增大了水冷孔裂紋的危險性。因此，有時不改變內冷方案，而采用高導熱系數的鎢合金生產模具。然而鎢合金的冷卻能力雖然優良，可是其強度和韌性卻成了需要解決的新問題。
    在上述背景下，對兼具高導熱系數和優良力學性能的模具鋼的潛在需求大而迫切。因此，日本大同特殊鋼株式會社研究了高溫工具鋼的高導熱系數化問題。首先，根據估算模具冷卻時間的數值解析結果，將導熱系數目標定為37W/(m.K)。并且根據合金元素和特性的關系研究了模具用鋼的成分，從而開發了既確保比原通用鋼DHA1（JIS SKD61）鋼高1.3~1.6倍的導熱系數，又具有金屬模具所必需的力學性能的工具鋼---DHA-Thermo。
DHA-Thermo鋼是具有原通用鋼沒有的“高導熱率（高導熱系數）”這一全新概念的工（模）具用鋼。在完成作為熱交換器任務的壓鑄模上，冷卻能力的高低是重要的實用性能。

DHA-Thermo鋼的特性
    將DHA-Thermo鋼的特性與作為壓鑄模具用鋼的代表DHA1（JIS SKD61）進行了比較。從鋼的導熱系數對溫度的依存性可知，在模具斷面內溫度范圍內的673K以下，開發鋼的λ達到了37W/(m.K)的目標值；而在室溫下開發鋼的λ為DHA1（JIS SKD61）的1.6倍。
    根據DHA-Thermo和DHA1（JIS SKD61）兩種對比鋼從1303K等速冷卻時的相變特性。開發鋼臨界冷卻速度較小（為DHA1的1.2~1.9倍），作為高溫工具鋼而確保了必要的淬透性。
    分析研究以4K/s冷速急冷后再回火為44HRC（C洛氏硬度）狀態的金相組織：DHA-Thermo和DHA1（JIS SKD61）兩種鋼的Ms點（即上馬氏點）是同等的，且各自的金相組織并無明顯差別。但另一方面，貝氏體相變溫度高的開發鋼在慢速淬火時的組織易粗大化。
    調查了鋼的沖擊值與其淬火時冷卻速度之間的關系，結果表明：沖擊值隨冷速的增大而增高，無論是DHA-Thermo，或是一般用途的H13系列鋼，還是作為高級材料的DH31-Super鋼均遵循此變化規律。而且，在各種冷卻速度（0.01℃/s~4℃/s）下，DHA-Thermo鋼的沖擊值都高于一般H13系列鋼而低于高級材料的DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR。其高的原因是DHA-Thermo鋼的斷裂起點的粗大碳化物較少之故；其低的原因是DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR鋼的純凈狀態對淬透性的影響較大，這也驗證了經特殊（如電渣重熔）精煉的材料韌性高。
    將急冷材進行3.6ks回火后的硬度變化表明，較之DHA1（JIS SKD61）的最高硬度53HRC，DHA-Thermo鋼的最高硬度約低3HRC（即為50HRC），但后者獲得最高硬度的溫度卻為873K，比前者高出75K。另外，此兩種鋼的高溫抗拉強度并無明顯差別，且高溫延伸率和斷面收縮率也是同等的。
    關于機械疲勞強度、延遲斷裂強度、切削性能、耐熔損性、焊接性，DHA-Thermo與經特殊熔煉的DH31-Super、Uddeholm ORVAR Supreme及Uddeholm DIEVAR鋼也無太大差別。
    特別需要指出的是，在DHA-Thermo鋼的使用方面，必須注意淬火、尺寸、氮化等關鍵點：
①由于環境氣氛的不同，DHA-Thermo鋼加熱時的表層脫碳較DHA1（JIS SKD61）鋼更顯著，故淬火加熱應在真空狀態下進行。因DHA-Thermo鋼的淬透性沒有DHA1（JIS SKD61）模具鋼高，故推薦其冷卻宜在4bar以上的壓力下進行。
②使用尺寸（單重）應≯40kg。
③DHA-Thermo鋼的氮化層軟而且深，從其在823K經10.8ks鹽浴氮化處理的硬度分布可知，其表層硬度為800HV~900HV，較之DHA1（JIS SKD61）鋼約低250HV；而其氮化層深度約為0.2mm，是DHA1（JIS SKD61）鋼的1.4倍。

DHA-Thermo鋼的詳細技術資料，敬請瀏覽產品展示欄目--日本大同高熱傳導率熱作模具鋼_DHA-Thermo技術資料。

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其他系列高品質熱作模具鋼：Uddeholm ORVAR SUPREME，DIEVAR，HOTVAR，QRO 90 SUPREME，ASSAB 8407，ASSAB 8418等。

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