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逊拍。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)成可帽。

　　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均不相同橘疚，故對模具性能要求也不同昭仓。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料害，即使同一牌號的鋼也不可能同時獲得各種性能的最佳值，一般某些性能的改善會損失其他的性能凯辆。因而掸栋，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最佳處理工藝，使之達到主要性能最優(yōu)宜裂，而其他性能損失最小的目的浑季。

　　對各類模具鋼提出的性能要求主要包括：硬度、強度掀哎、塑性和韌性等俩莽。

　　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乔遮，車間扮超、試驗室一般都配備有硬度計，因此蹋肮，硬度是很容易測定的一種性能出刷，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)系得到材料硬度值坯辩。按硬度范圍劃定的模具類別巷蚪，如高硬度（52～60HRC），一般用于冷作模具濒翻，中等硬度（40～52HRC）屁柏，一般用于熱作模具。

　　鋼的硬度與成分和組織均有密切關(guān)系有送，通過熱處理淌喻，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宜柱，因此可用來制作硬度要求不同的冷侦演、熱作模具。因而這類模具鋼可稱為冷作拣薄、熱作兼用型模具鋼左撤。

　　模具鋼中除馬氏體基體外，還存在更高硬度的其他相校搀，如碳化物三二、金屬間化合物等。

　　模具鋼的硬度主要取決于馬氏體中溶解的碳量（或含氮量）房幌，馬氏體中的含碳量取決于奧氏體化溫度和時間会刀。當溫度和時間增加時，馬氏體中的含碳量增多馬氏體硬度會增加膜护，但淬火加熱溫度過高會使奧氏體晶粒增大掏绍，淬火后殘留奧氏體量增多，又會導(dǎo)致硬度下降锭测。因此译命，為選擇最佳淬火溫度，通常要先作出該鋼的淬火溫度—晶粒度—硬度關(guān)系曲線侦铜。

　　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)专甩，尤其當回火時表現(xiàn)更明顯。隨回火溫度的增高泵额，馬氏體中的含碳量在減少，但當鋼中合金含量越高時携添，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)變嫁盲，所發(fā)生的二次硬化效應(yīng)越明顯，硬化峰值越高烈掠。

　　常用硬度測量方法有以下幾種：

　　1.洛氏硬度（HR） 是最常用的一種硬度測量法羞秤，測量簡便、迅速左敌，數(shù)值可以從表盤上直接選出瘾蛋。洛氏硬度常用三種刻度，即HRC矫限、HRA哺哼、HRB。

　　2.布氏硬度（HB） 用淬火鋼球作硬度頭叼风，加上一定試驗力壓人工件表面虽柜，試驗力卸掉以后測量壓痕直徑大小，再查表或計算，使得出相應(yīng)的布氏硬度值HB财偶。

　　布氏硬度測試主要用于退火拙位、正火、調(diào)質(zhì)等模具鋼的硬度測定课枉。

　　3.維氏硬度（HV） 采用的壓頭是具有正方形底面的金剛石角錐體属胖，錐體相對兩面間的夾角為136°，硬度值等于試驗力F與壓痕表面積之比值杆赃。

　　此法可以測試任何金屬材料的硬度莲疤，但最常用于測定顯微硬度，即金屬內(nèi)部不同組織的硬度逝遣。

　　三種硬度大致有如下的關(guān)系：HRC≈1/10HB书县，HV≈HB（當＜400HBS時）

　　模具的力學(xué)性能要求--強度

　　強度即鋼材在服役過程中，抵抗變形和斷裂的能力耽盛。對于模具來說則是整個型面或各個部位在服役過程中抵抗拉伸力叉屠、壓縮力、彎曲力忿檩、扭轉(zhuǎn)力或綜合力的能力尉尾。

　　衡量鋼材強度常用的方法是進行拉伸試驗。拉伸試驗是在拉伸試驗機上進行的燥透，試棒需按規(guī)定的標準制備沙咏，拉伸過程中在記錄紙上繪出拉伸力F與伸長量ΔL之間的關(guān)系圖，即所謂的拉伸曲線圖班套，分析拉伸曲線圖就可以得出金屬的強度指標肢藐。對于在壓縮條件下工作的模具，還經(jīng)常給出抗壓強度吱韭。

　　對于模具鋼吆豹，特別是含碳量高的冷作模具鋼，因塑性很差理盆，一般不用抗拉強度而是以抗彎強度作為實用指標痘煤。抗彎試驗甚至對極脆的材料也能反映出一定的塑性猿规。而且衷快，彎曲試驗產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)與許多模具工作表面產(chǎn)生的應(yīng)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么缴。

　　在拉伸曲線圖上有一個特殊點贬市，當拉力到達這一點時，試棒在拉力不增加或有所下降情況下發(fā)生明顯伸長變形犁式，這種現(xiàn)象稱為屈服笋夸。這時的應(yīng)力稱為這種材料的屈服點液啃。而當外力去除后不能恢復(fù)原狀的變形，這部分變形被保留下來椿啦，成為永久變形墨仰，稱為塑性變形。屈服點是衡量模具鋼塑性變形抗力的指標估董，也是最常用的強度指標拯耿。對模具材料要求具有高的屈服強度，如果模具產(chǎn)生了塑性變形胃愉，那么模具加工出來的零件尺寸和形狀就會發(fā)生變化射粹，產(chǎn)生廢品，模具也就失效了现粗。

　　模具的力學(xué)性能要求--塑性

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

　　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)咧虎，以δ表示卓缰。斷后伸長率δ數(shù)值越大，表明鋼材塑性越好砰诵。熱模鋼的塑性明顯高于冷模鋼征唬。

　　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茁彭，以ψ表示总寒。塑性材料拉斷以后有明顯的縮頸，所以ψ值較大理肺。而脆性材料拉斷后摄闸，截面幾乎沒有縮小，即沒有縮頸產(chǎn)生哲嘲，ψ值很小滨胰，說明塑性很差崭夺。

　　模具的力學(xué)性能要求--韌性

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

　　沖擊韌度是指沖擊試樣缺口處截面積上的沖擊吸收功傻牙，而沖擊吸收功是指規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功。沖擊試驗有夏比U形缺口沖擊試驗（試樣開成U形缺口）休台、夏比V形缺口沖擊試驗（試樣開成V形缺口）以及艾式?jīng)_擊試驗阐泻。

　　影響沖擊韌度的因素很多。不同材質(zhì)的模具鋼沖擊韌度相差很大征啦，即使同一種材料担急，因組織狀態(tài)不同、晶粒大小不同侠坎、內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)不同沖擊韌度也不相同蚁趁。通常是晶粒越粗大，碳化物偏析越嚴重（帶狀实胸、網(wǎng)狀等）他嫡，馬氏體組織越粗大等都會促使鋼材變脆。溫度不同庐完，沖擊韌度也不相同钢属。一般情況是溫度越高沖擊韌度值越高，而有的鋼常溫下韌性很好假褪，當溫度下降到零下20～40℃時會變成脆性鋼署咽。

　　為了提高鋼的韌性，必須采取合理的鍛造及熱處理工藝生音。鍛造時應(yīng)使碳化物盡量打碎宁否，并減少或消除碳化物偏析，熱處理淬火時防止晶粒過于長大缀遍，冷卻速度不要過高慕匠，以防內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生。模具使用前或使用過程中應(yīng)采取一些措施減少內(nèi)應(yīng)力域醇。

　　模具的力學(xué)性能要求--特殊性能要求

　　由于模具種類繁多隔阔，工作條件差別很大，因此模具的常規(guī)性能及相互配合要求也各不相同肖升，而且某種模具實際性能與試樣在特定條件下測得的數(shù)據(jù)也不一致贵式。所以，除測定材料的常規(guī)性能外拦袍，還必須根據(jù)所模擬的實際工況條件衬榕，對模具使用特性進行測量，并對模具的特殊性能提出要求誓拉，建立起正確評價模具性能的體系杈夜。

　　對熱作模具必須測試在高溫條件下的硬度、強度和沖擊韌度篓羊。因為熱作模具是在某一特定溫度下服役盹组，在室溫下測定的性能數(shù)據(jù)弓呵，當溫度升高時要發(fā)生變化。性能變化趨勢和速率相差也很大哄避，如A種材料在室溫下硬度雖比材料B高茉漂，但隨溫度上升，硬度下降顯著誉简，到達—定溫度后绰筛，硬度值反而會低于材料B。那么描融，當在較高溫度工作條件下要求耐磨性高時铝噩，就不能選用A種材料，而需選用室溫下硬度值雖較低但隨溫度上升窿克，硬度下降緩慢的材料B骏庸。

　　對熱作模具除要求室主高溫條件下的硬度、強度年叮、韌性外具被，還要求具有某些特殊性能。

　　模具的力學(xué)性能要求--熱穩(wěn)定性

　　熱穩(wěn)定性表征鋼在受熱過程中保持金相組織和性能的穩(wěn)定能力只损。通常一姿，鋼的熱穩(wěn)定性用回火保溫4h，硬度降到45HRC時的最高加熱溫度表示跃惫。這種方法與材料的原始硬度有關(guān)叮叹，有資料將達到預(yù)定強度級別的鋼加熱，保溫2h溺联，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穩(wěn)定性指標济问。對于因耐熱性不足而堆積塌陷失效的熱作模具，可以根據(jù)熱穩(wěn)定性預(yù)測模具的壽命水平捻境。

　　模具的力學(xué)性能要求--回火穩(wěn)定性

　　回火穩(wěn)定性指隨回火溫度升高吝殖，材料的強度和硬度下降快慢的程度，也稱回火抗力或抗回火軟化能力炸鹅。通常以鋼的回火溫度-硬度曲線來表示帚颤，硬度下降慢則表示回火穩(wěn)定性高或回火抗力大“乖回火穩(wěn)定性也是與回火時組織變化相聯(lián)系的饮噪，它與鋼的熱穩(wěn)定性共同表征鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性程度，表征模具在高溫下的變形抗力蓉庆。

　　模具的力學(xué)性能要求-- 熱疲勞抗力及斷裂韌度

　　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藏络。熱疲勞通常以20℃—750℃條件下反復(fù)加熱冷卻時所發(fā)生裂紋的循環(huán)次數(shù)或當循環(huán)一定次數(shù)后測定裂紋長度來確定糜透。熱疲勞抗力高的材料不易發(fā)生熱疲勞裂紋撤宽，或當裂紋萌生后臭杰，擴展量小、擴展緩慢谚中。斷裂韌度則表征了裂紋失穩(wěn)擴展抗力渴杆，斷裂韌度高，則裂紋不易發(fā)生失穩(wěn)擴展宪塔。

　　模具的力學(xué)性能要求-- 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磁奖，正常情況下，絕大多數(shù)錘鍛模及壓力機模具都因磨損而失效某筐”却睿抗熱磨損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(xiàn)∧咸埽現(xiàn)在國內(nèi)已有單位在自制的熱磨損機上進行模具熱磨損試驗身诺，收到較理想的試驗效果。

　　實際使用表明抄囚，模具材料抗氧化性能的優(yōu)劣霉赡，對模具使用壽命影響很大。因氧化會加劇模具工作過程中的磨損幔托，導(dǎo)致模具型腔尺寸超差而報廢穴亏。氧化還會使模具表面產(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细周。因此毯创，要求模具具備一定的抗氧化性能。

　　對冷作模具鋼除常規(guī)力學(xué)性能外谒酌，還常要求具有下列性能：

　　耐磨性能儒剧，斷裂抗力，抗咬合計抗氧化能力祸芙。

　　模具的力學(xué)性能要求-- 耐磨損性能

　　冷作模具服役時停唐，被成形的坯料會沿著模具表面既滑動又流動，在模具與坯料間產(chǎn)生很大摩擦力钱锉。這種摩擦力使模具表面受到切應(yīng)力作用时憾，在其表面劃刻出凹凸痕跡，這些痕跡與坯料不平整表面相咬合诊捆，逐漸在模具表面造成機械破損即磨損鸽拱。冷作模具，特別是正常失效的冷作模具纸措，多數(shù)因磨損而報廢谓苟。因此，對冷作模具最基本的要求之一就是耐磨性协怒。一般條件下材料硬度越高涝焙，耐磨性越好卑笨。但耐磨性與在軟基體上存在的硬質(zhì)點的形狀、分布也有很大關(guān)系仑撞。

　　冷作模具的磨損包括磨料磨損赤兴、粘著磨損、腐蝕磨損與疲勞磨損隧哮。

　　模具的力學(xué)性能要求-- 斷裂抗力

　　除常規(guī)力學(xué)性能如沖擊韌度桶良、抗壓強度、抗彎強度等一次性斷裂抗力指標外沮翔，小能量多次沖擊斷裂抗力更切合冷作模具實際使用狀態(tài)性能陨帆。作為模具材料性能指標還包括抗壓疲勞強度、接觸疲勞強度等采蚀。這種疲勞斷裂抗力指標是由在一定循環(huán)應(yīng)力下測得的斷裂循環(huán)次數(shù)歧譬，或在一定循環(huán)次數(shù)下導(dǎo)致斷裂的載荷來表征的。關(guān)于是否把斷裂韌度作為冷作模具材料的一項重要處能指標搏存，尚待研究和探討测扼。

　　模具的力學(xué)性能要求-- 抗咬合能力及抗軟化能力

　　抗咬合及抗軟化能力分別表征了模具對發(fā)生“冷焊”及承載時因溫度升高對硬度、耐磨性助抵抗能力啡产。

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