模具的力學(xué)性能要求--常規(guī)力學(xué)性能

模具材料的性能是由模具材料的成分和熱處理后的組織所決定的。模具鋼的基本組織是由馬氏體基體以及在基體上分布著的碳化物和金屬間化合物等構(gòu)成。

 

模具鋼的性能應(yīng)該滿足某種模具完成額定工作量所具備的性能，但因各類模具使用條件及所完成的額定工作量指標(biāo)均不相同，故對模具性能要求也不同。又因為不同鋼的化學(xué)成分和組織對各種性能的影響不同，即使同一牌號的鋼也不可能同時獲得各種性能的較佳值，一般某些性能的改善會損失其他的性能。因而，模具工作者常根據(jù)模具工作條件及工作定額要求選用模具鋼及較佳處理工藝，使之達到主要性能較優(yōu)，而其他性能損失較小的目的。

 

 

對各類模具鋼提出的性能要求主要包括：硬度、強度、塑性和韌性等。

模具的力學(xué)性能要求--硬度

 

 

硬度表征了鋼對變形和接觸應(yīng)力的抗力。測硬度的試樣易于制備，車間、試驗室一般都配備有硬度計，因此，硬度是很容易測定的一種性能，而且硬度與強度也有一定關(guān)系，可通過硬度強度換算關(guān)系得到材料硬度值。按硬度范圍劃定的模具類別，如高硬度（52～60HRC），一般用于冷作模具，中等硬度（40～52HRC），一般用于熱作模具。

 

 

鋼的硬度與成分和組織均有密切關(guān)系，通過熱處理，可以獲得很寬的硬度變化范圍。如新型模具鋼012Al和CG－2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，因此可用來制作硬度要求不同的冷、熱作模具。因而這類模具鋼可稱為冷作、熱作兼用型模具鋼。

 

模具鋼中除馬氏體基體外，還存在更高硬度的其他相，如碳化物、金屬間化合物等。表l為常見碳化物及合金相的硬度值。

 

相 硬度HV

 

鐵素體 約100

 

馬氏體：ω C 0.2% 約530

 

馬氏體：ω C 0.4% 約560

 

馬氏體：ω C 0.6% 約920

 

馬氏體：ω C 0.8% 約980

 

滲碳體(Fe 3 C) 850～1100

 

氮化物 1000～3000

 

金屬間化合物 500

 

模具鋼的硬度主要取決于馬氏體中溶解的碳量（或含氮量），馬氏體中的含碳量取決于奧氏體化溫度和時間。當(dāng)溫度和時間增加時，馬氏體中的含碳量增多馬氏體硬度會增加，但淬火加熱溫度過高會使奧氏體晶粒加大，淬火后殘留奧氏體量增多，又會導(dǎo)致硬度下降。因此，為選擇較佳淬火溫度，通常要先作出該鋼的淬火溫度—晶粒度—硬度關(guān)系曲線。

 

馬氏體中的含碳量在一定程度上與鋼的合金化程度有關(guān)，尤其當(dāng)回火時表現(xiàn)更明顯。隨回火溫度的增高，馬氏體中的含碳量在減少，但當(dāng)鋼中合金含量越高時，由于獼散的合金碳化物折出及殘留奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，所發(fā)生的二次硬化效應(yīng)越明顯，硬化峰值越高。

模具的力學(xué)性能要求--塑性

 

淬硬的模具鋼塑性較差，尤其是冷變形模具鋼，在很小的塑性變形時即發(fā)生脆斷。衡量模具鋼塑性好壞，通常采用斷后伸長率和斷面收縮率兩個指標(biāo)表示

 

斷后伸長率是指拉伸試樣拉斷以后長度增加的相對百分數(shù)，以δ表示。斷后伸長率δ數(shù)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ψ值較大。而脆性材料拉斷后，截面幾乎沒有縮小，即沒有縮頸產(chǎn)生，ψ值很小，說明塑性很差。