鍛造模具材料的物理性能知識
發布時間：
2022-03-29
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在模具使用溫度(室溫至較高工作溫度)范圍內具有良好的抗拉強度、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性和硬度等力學性能的匹配。
1)抗拉強度和屈服強度
不同類型的模具對鍛造模具材料所要求的力學性能具體指標有所側重，同時不應僅考慮室溫力學性能而忽視更重要的實際工作溫度的性能指標;切忌追求盲目脫離實際的全面高指標。例如：在冷鍛變形抗力極高的難變形合金鍛件時，當模具承受的應力超過鍛造模具材料在使用溫度下的抗拉強度時，會導致模具開裂報廢;如果模具承受的應力超過鍛造模具材料在使用溫度下的屈服強度時，則會引起模具塌陷等永久變形，導致鍛件超差。在這種條件下，就要選擇抗拉強度和屈服強度高的鍛造模具材料，一般，鍛造模具材料的抗拉強度應當大于應承受應力的30%以上。
2)沖擊韌性、斷面收縮率和延伸率 斷面收縮率和延伸率
由于鍛造模具材料的沖擊韌性指標的選擇與鍛造載荷性質密切相關，因此，對于鍛錘和螺旋壓力機等沖擊載荷設備使用的模具，如果鍛造模具材料的沖擊韌性低，模具有可能發生開裂而報廢;在這種條件下，就要選擇沖擊韌性高的鍛造模具材料。
對于斷面收縮率和延伸率高的鍛造模具材料，可以在出現微小裂紋的情況下繼續使用，而不致于很快就破裂，因此，在抗拉強度、屈服強度和硬度指標許可條件下，盡可能地提高其斷面收縮率和延伸率。
3)硬度
鑒于硬度除了與強度指標有對應關系外，還與模具的耐磨性密切相關，在沖擊韌性、斷面收縮率和延伸率等指標許可條件下，盡可能地提高其硬度(或耐磨性)。鍛模硬度和紅硬性是鍛模材料的重要性能，模具在高溫下工作應能保持其形狀和尺寸不發生變化。
眾所周知，同一個鍛造模具材料的抗拉強度、屈服強度、硬度和斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性之間存在著相互矛盾的關系，如果提高前者，必須要犧牲后者，這就需要根據具體模具的實際工作環境來選擇相應的性能匹配。
必須指出的是，材料的硬度在一定程度不但可以反映強度水平，而且硬度和耐磨性有著甘種對應關系，一般硬度高的材料，其耐磨性也好，因此，許多鍛造模具材料通常只簡單地規定對硬度的要求。
2.疲勞性能
鍛造模具材料的疲勞性能包括機械疲勞和冷熱疲勞兩種。熱作模具長期在高機械載荷至零機械載荷及200℃～600℃溫度區間交替循環，這兩種脈沖的加載和卸載所造成應力的疊加，久而久之，模膛表面會萌生出微裂紋;微裂紋進一步發展就會加速模具磨損、產生碎塊，從而導致模具失效，所以要求鍛造模具材料應該具有良好的抗機械疲勞和抗冷熱疲勞性能。
3.組織穩定性
通常，熱作模具的工作溫度在200℃～600℃甚至更高，在這樣寬的溫度區間以及脈沖式的熱負荷和機械負荷長期作用下，會引起鍛造模具材料組織的變化和性能(如硬度)的不穩定性，導致加速磨損、塑性變形和龜裂，從而使模具提前失效。因此，鍛模材料的穩定性對鍛模的使用壽命具有重要的意義。鍛模材料良好的導熱性和耐回火性，可使鍛模在復雜的工作條件下保持模具表面的硬度和組織穩定性。
檢查鍛造模具材料組織穩定性常用的簡單方法：在模具的工作溫度長時間保溫(通常選擇預定的壽命期)，然后測量不同溫度和不同時間的對應的硬度，硬度值可以定性地反映材料的抗拉強度和抗磨損的水平。
4.冷熱加工工藝性能
鍛模材料是在高硬度、高強度、高耐磨性及足夠韌性的狀態下使用，其冷熱加工都十分困難，因此，要求鍛造模具材料應具有對模具的綜合技術經濟指標有重要影響的良好冶煉、鑄造、鍛造、切削加工、熱處理和表面處理和冷熱加工工藝性能。
5.冶金質量
鍛造模具材料的冶金質量對模具的可靠性、壽命和經濟性有十分重要的影響。模具任何部位的低倍和高倍組織及力學性能都必須符合技術條件的要求，不允許有目視可見的非金屬和金屬夾雜物、縮孔、晶粒不均勻、嚴重偏析和疏松、白點、裂紋、萘狀斷口等低倍組織缺陷，以及過燒、過熱、嚴重脫碳、滲碳等高倍組織缺陷。
模具鋼成分確定后(按國家或企業標準)，決定模具鋼模塊質量的主要因素是冶金工藝和后續加工工藝。生產實踐證明，采用電渣爐冶煉的鋼比較好，純度高、致密、均勻、各向異性小，電渣鋼錠再經鍛造熱變形、反復鐓拔和相應熱處理等工序制作的模塊比較適于制造鍛模。
6.淬透性
模具鋼的淬透性越高，其淬硬層(表面的馬氏體組織至半馬氏體組織的深度)越深，則模具耐磨性好。淬透性是衡量模具鋼接受淬火能力的重要標志，是選擇模具鋼及其熱處理工藝的重要依據。
7.物理性能
鍛模材料要求導熱性能好，以保證模具模膛表面的熱量盡快傳導散失，避免模具因工作部分表面溫度過高而降低其力學性能。保持模具應有的硬度，有利于減少熱磨損及熱疲勞損傷。
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