做模具鋼的你需要了解這18種性能

1、冶金質(zhì)量

冶金質(zhì)量對模具鋼的性能有很大的影響，只有具有良好的冶金質(zhì)量，才能充分發(fā)揮模具鋼的各種性能。冶金質(zhì)量一般包括以下幾方面：冶煉質(zhì)量，軋制、鍛造工藝性能，熱處理和精加工性能，導熱性及精料和制品化程度。

模具鋼一般用量不大，品種規格很多，為了便于市場(chǎng)采購和備料，應該考慮材料的通用性，除了特殊要求以外，盡可能采用大量的通用型模具鋼，這是因為通用型模具鋼應用起來(lái)技術(shù)比較成熟。選用高質(zhì)量、高性能、高精度的模具鋼精料和制品，高效率、高速度、低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的模具，已經(jīng)成為當前工業(yè)發(fā)達國家模具制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢。

2、可加工性能

模具鋼的可加工性能包括：模具的冷加工性能，如切削、磨削、拋光、冷擠壓、冷拉工藝性，而熱加工性能包括熱塑性和熱加工范圍溫度等。良好的可加工性能是選用模具鋼的重要條件之一。

3、淬火溫度范圍和淬火變形要求

模具鋼具有較寬的淬火溫度范圍，以及較小的淬火變形。

4、淬透性和淬硬性

淬硬性取決于鋼的含碳量，淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分、合金元素含量和淬火前的組織狀態(tài)。大部分要求高硬度的冷作模具，對淬硬性要求較高；而大部分熱作模具和塑料模具，對于硬度的要求則相對較低，往往很注重淬透性；特別是對于一些大截面深型腔模具，為了使模具的心部也得到良好的組織和均勻的硬度，就要求選用淬透性好的模具鋼。

5、氧化脫碳敏感性

模具在加熱過(guò)程中，如果產(chǎn)生氧化脫碳現象，就會(huì )改變模具的表面形狀和性能，影響模具的硬度、耐磨性和使用壽命，導致模具早期失效。通過(guò)真空熱處理等特殊熱處理工藝，可避免氧化脫碳。

6、硬度

硬度是模具鋼的主要技術(shù)性能指標，為了保持模具形狀尺寸穩定不變，模具在高應方的作用時(shí)，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般應將硬度保持在60HRC左右，熱作模具鋼根據其工作條件，一般要求保持硬度在40～55HRc范圍。對于同一鋼種而言在一定的硬度值范圍，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

鋼的硬度與化學(xué)成分和金相組織具有密切關(guān)系，通過(guò)熱處理，可以獲得很寬的硬度變化范圍。模具鋼的硬度主要取決于馬氏體中溶解的含碳量或含氮量。如新型模具鋼012A1和CG2，可分別采用低溫回火處理后硬度為60～62HRC，采用高溫回火處理后硬度為50～52HRC，因此，可用來(lái)制作硬度要求不同的冷作或熱作模具。

7、紅硬性

在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩定性，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱(chēng)為紅硬性。紅硬性也是保持其硬度和組織穩定性，抵抗軟化的能力，是熱作模具鋼和部分重載荷冷作模具鋼的重要性能指標。碳素工具鑼、低合金工具鋼通常能在180～250~C的溫度范圍內保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550～600℃的溫度范圍內保持這種性能。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和所采取的熱處理工藝。

8、強度

強度是指鋼在服役過(guò)程中，抵抗變形和斷裂的能力。對于模具來(lái)說(shuō)，則是整個(gè)成型面或各個(gè)部位在服役過(guò)程中抵抗拉伸力、壓縮力、彎曲力、扭轉力或綜合力的能力。

衡量鋼材強度常用的方法是進(jìn)行拉伸試驗。對于在壓縮條件下工作的模具，還經(jīng)常給m杭壓強度。對于模具鋼，特別是含碳量高的冷作模具鋼，因為塑性很差，一般不用抗拉強度而是以抗彎強度作為實(shí)用指標。彎曲試驗產(chǎn)生的應力狀態(tài)與許多模具工作表面產(chǎn)生粵粵力狀態(tài)極相似，能比較精確地反映出材料的成分及組織因素對性能的影響?？箯澰囼炆踔翆O脆的材料也能反映出一定的塑性。

在拉伸曲線(xiàn)圖上有一個(gè)特殊點(diǎn)，當拉力到達這一點(diǎn)時(shí)，試棒在拉力不增加或有所下降情況下發(fā)生明顯伸長(cháng)變形，這種現象稱(chēng)為屈服。這時(shí)的應力稱(chēng)為這種材料的屈服點(diǎn)。

而當外力去除后不能恢復原狀的變形，這部分變形被保留下來(lái)的變形，稱(chēng)為塑性事形。屈服點(diǎn)是衡量模具鋼塑性變形抗力的指標。對模具材料要求具有高的屈服強度，模具產(chǎn)生塑性變形，就意味著(zhù)失效。

9、塑性

淬硬后模具鋼的塑性較差，尤其是冷變形模具鋼，在很小的塑性變形時(shí)即發(fā)生脆斷。衡量模具鋼塑性好壞，通常采用斷后伸長(cháng)率和斷面收縮率兩個(gè)指標表示。

斷后伸長(cháng)率是指拉伸試樣拉斷以后長(cháng)度增加的相對百分數，以ψ表示。斷后伸長(cháng)率ψ數值越大，表明鋼材塑性越好。熱模鋼的塑性明顯高于冷模鋼。

斷面收縮率是指拉伸試棒經(jīng)拉伸變形和拉斷以后，斷裂部分截面的縮小量與原始截面之比，以ψ表示。塑性材料拉斷以后有明顯的縮頸，所以驢值較大。而脆性材料拉斷后，截面幾乎沒(méi)有縮小，即沒(méi)有縮頸產(chǎn)生，ψ值很小，說(shuō)明塑性很差。

10、韌性

韌性是模具鋼的一種重要性能指標，韌性決定了材料在沖擊試驗力作用下對破裂的抗斷能力。材料的韌性越高，脆斷的危險性越小-抗熱疲勞強度也越高。對于衡量模具脆斷傾向，沖擊韌性試驗具有重要意義。

模具鋼的化學(xué)成分、晶粒度、純凈度、碳化物和夾雜物等的數量、形貌、尺寸大小及分布情況，以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素，都對鋼的韌性帶來(lái)很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對于其橫向韌性的影響更為明顯，鋼的韌性、強度和耐磨性往往是相互矛盾的，通過(guò)合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝，可以使模具材料的耐磨性、強度和韌性達到最佳的配合。

對于受強烈沖擊載荷的模具，如冷作模具的沖頭、錘用熱鍛模具、冷鐓模具、熱鍛模具等，模具鋼的韌性是十分重要的考慮因素；對于在高溫下工作的模具，還必須考慮其在高溫下的高溫韌性；而對于多向承受沖擊載荷作用的模具，還必須考慮其各向I司性的影響。

沖擊韌性是表征材料在一次沖擊過(guò)程中試樣在整個(gè)斷裂過(guò)程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗技術(shù)正在被采用。

沖擊韌性是指沖擊試樣缺口處截面積上的沖擊吸收功，而沖擊吸收功是指規定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時(shí)所吸收的功。沖擊試驗有夏比U形缺口沖擊試驗(試樣開(kāi)成U形缺口)、夏比V形缺口沖擊試驗(試樣開(kāi)成v形缺口)以及艾氏沖擊試驗。

影響沖擊韌性的因素很多。不同材質(zhì)的模具鋼沖擊韌性相差很大，即使同一種材料，因組織狀態(tài)不同、晶粒大小不同、內應力狀態(tài)不同，沖擊韌性也不相同。通常是晶粒越粗大，碳化物偏析越嚴重(帶狀、網(wǎng)狀等)、馬氏體組織越粗大等，這些都會(huì )促使鋼材變脆。一般情況是溫度越高沖擊韌性值越高，而有的鋼常溫下韌性很好，當溫度下降到一20～一40℃時(shí)會(huì )變成脆性鋼。

11、熱穩定性

熱穩定性表征鋼在受熱過(guò)程中保持金相組織和性能的穩定能力。通常，鋼的熱穩定性用回火保溫4h、硬度降到45HRC時(shí)的最高加熱溫度表示。這種方法與材料的原始硬度有關(guān)，有資料將達到預定強度級別的鋼加熱，保溫2h，使硬度降到一般熱鍛模失效硬度35HRC的最高加熱溫度定為該鋼熱穩定性指標。對于因耐熱性不足而堆積塌陷失效的熱作模具，可以根據熱穩定性預測模具的壽命水平。

12、回火穩定性

回火穩定性指鋼隨回火溫度升高，材料的強度和硬度下降快慢的程度，也稱(chēng)回火抗力或抗回火軟化能力。通常以鋼的回火溫度一硬度曲線(xiàn)來(lái)表示，硬度下降慢，則表示回火穩定性高或回火抗力大?；鼗鸱€定性也是與回火時(shí)組織變化相聯(lián)系的，它與鋼的熱穩定性共同表征鋼在高溫下的組織穩定性程度，表征模具在高溫下的變形抗力。

13、高溫磨損與抗氧化性能

高溫磨損是熱作模具主要失效形式之一，正常情況下，絕大多數錘鍛模及壓力機模具都因磨損而失效?？篃崮p是對熱作模具的使用性能的要求，是多種高溫力學(xué)性能的綜合體現?，F在國內已有單位在自制的熱磨損機上進(jìn)行模具熱磨損試驗，收到較理想的試驗效果。

實(shí)際使用表明，模具材料抗氧化性能的優(yōu)劣，對模具使用壽命影響很大。因氧化會(huì )加劇模具工作過(guò)程中的磨損，導致模具型腔尺寸超差而報廢。氧化還會(huì )使模具表面產(chǎn)生腐蝕溝，成為熱疲勞裂紋起源，加劇模具熱疲勞裂紋的萌生與擴展。因此，要求模具具備一定的抗氧化性能。

14、抗咬合能力

咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊"時(shí)的抵抗力。該性能對于模具材料較為重要。試驗時(shí)通常在干摩擦條件下，把被試驗的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料(如奧氏體鋼)進(jìn)行恒速對偶摩擦運動(dòng)，以一定的速度逐漸增大載荷，此時(shí)，轉矩也相應增大，該載荷稱(chēng)為“咬合臨界載荷"。臨界載荷越高，標志著(zhù)咬合抗力越強。

15、抗軟化能力

抗軟化能力表征了模具在承載時(shí)，因鋼的溫度升高對硬度、耐磨性的抵抗能力。

16、抗壓屈服強度和抗壓彎曲強度

模具在使用過(guò)程中經(jīng)常受到強度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應具有一定的抗壓強度和抗彎強度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗和抗彎試驗的條件接近于模具的實(shí)際工作條件。例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強度與沖頭工作時(shí)所表現出來(lái)的變形抗力較為吻合?？箯澰囼灥膬?yōu)點(diǎn)是應變量的絕對值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。

17、耐磨性

模具使用壽命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相當大的壓應力和摩擦力，要求模具能夠在強烈摩擦狀況下仍保持其尺寸精度。模具的磨損形式主要有機械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類(lèi)型。為了改善模具鋼的耐磨性，就要既保持模具鋼具有高的硬度，又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對于重載、高速磨損條件下服役的模具，要求模具鋼表面能形成薄而致密、黏附性好的氧化膜，保持潤滑作用，減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對鋼的磨損有較大的影響。

耐磨性可采用模擬的試驗方法，測出相對的耐磨指數e，作為表征不同化學(xué)成分及組織狀態(tài)下的耐磨性水平的參數。以呈現規定毛刺高度前的壽命，反映各種鋼的耐磨水平；試驗是以Crl2MoV鋼為基準(e一1)進(jìn)行對比，反映工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性水平。

18、抗熱疲勞能力及斷裂韌性

熱疲勞抗力表征了材料熱疲勞裂紋萌生前的工作壽命和萌生后的擴展速率。熱疲勞抗力通常以20～750℃條件下反復加熱冷卻時(shí)，所發(fā)生裂紋的循環(huán)次數或當循環(huán)一定次數后測定裂紋長(cháng)度來(lái)確定。熱疲勞抗力高的材料不易發(fā)生熱疲勞裂紋，或當裂紋萌生后，擴展量小、擴展緩慢。斷裂韌性則表征了裂紋失穩擴展抗力，斷裂韌性高，則裂紋不易發(fā)生失穩擴展。除常規力學(xué)性能如沖擊韌性、抗壓強度、抗彎強度等一次性斷裂抗力指標外，小能量多次沖擊斷裂抗力更符合冷作模具實(shí)際使用狀態(tài)性能，作為模具材料的性能指標還包括抗壓疲勞強度、接觸疲勞強度等。這種疲勞斷裂抗力指標是由在一定循環(huán)應力下測得的斷裂循環(huán)次數，或在一定循環(huán)次數下導致斷裂的載荷來(lái)表征的，是否把斷裂韌性作為冷作模具材料的一項重要性能指標，尚待研究和探討。熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，因此，評價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應重視材料的熱機械疲勞斷裂性能。熱機械疲勞是一種綜合性能的指標，它包括抗熱疲勞性能、機械疲勞裂紋擴展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。

抗熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數較多；機械疲勞裂紋擴展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內部擴展時(shí)，每一應力循環(huán)的擴展量；斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩擴展的抗力。斷裂韌性高的材料，其裂紋如要發(fā)生失穩擴展，必須在裂紋具有足夠高的應力強度因子，也就是必須有較大的裂紋長(cháng)度。在應力恒定的前提下，在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴展得更深，才能發(fā)生失穩擴展。

因此，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命；而機械疲勞裂紋擴展速率和斷裂韌性，可以決定當裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴展的那部分壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應具備高的抗熱疲勞性能、低的機械疲勞裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值?？篃崞谛阅艿闹笜思瓤梢杂妹壬鸁崞诹鸭y的熱循環(huán)次數表示，也可以用經(jīng)過(guò)一定的熱循環(huán)后所出現的疲勞裂紋的條數及平均的深度或長(cháng)度來(lái)衡量。