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模具钢的各种性能

http://www.wujin.hc360.com2017年10月20日10:50 来源:中华紧固件网T|T

    (1)冶金质量冶金质量对模具钢的性能有很大的影响,只有具有良好的冶金质量,才能充分发挥模具钢的各种性能。冶金质量一般包括以下几方面:冶炼质量,轧制、锻造工艺性能,热处理和精加工性能,导热性及精料和制品化程度。

    模具钢一般用量不大,品种规格很多,为了便于市场采购和备料,应该考虑材料的通用性,除了特殊要求以外,尽可能采用大量的通用型模具钢,这是因为通用型模具钢应用起来技术比较成熟。选用高质量、高性能、高精度的模具钢精料和制品,高效率、高速度、低成本生产高质量的模具,已经成为当前工业发达国家模具制造业的主要发展趋势。

    (2)可加工性能模具钢的可加工性能包括:模具的冷加工性能,如切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉工艺性,而热加工性能包括热塑性和热加工范围温度等。良好的可加工性能是选用模具钢的重要条件之一。

    (3)淬火温度范围和淬火变形要求模具钢具有较宽的淬火温度范围,以及较小的淬火变形。(4)淬透性和淬硬性淬硬性取决于钢的含碳量,淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。大部分要求高硬度的冷作模具,对淬硬性要求较高;而大部分热作模具和塑料模具,对于硬度的要求则相对较低,往往很注重淬透性;特别是对于一些大截面深型腔模具,为了使模具的心部也得到良好的组织和均匀的硬度,就要求选用淬透性好的模具钢。

    (5)氧化脱碳敏感性模具在加热过程中,如果产生氧化脱碳现象,就会改变模具的表面形状和性能,影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命,导致模具早期失效。通过真空热处理等特殊热处理工艺,可避免氧化脱碳。

    (6)硬度硬度是模具钢的主要技术性能指标,为了保持模具形状尺寸稳定不变,模具在高应方的作用时,必须具有足够高的硬度。冷作模具钢在室温条件下一般应将硬度保持在60HRC左右,热作模具钢根据其工作条件,一般要求保持硬度在40~55HRc范围。对于同一钢种而言在一定的硬度值范围,硬度与变形抗力成正比;但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之间,其塑性变形抗力可能有明显的差别。

    钢的硬度与化学成分和金相组织具有密切关系,通过热处理,可以获得很宽的硬度变化范围。模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的含碳量或含氮量。如新型模具钢012A1和CG2,可分别采用低温回火处理后硬度为60~62HRC,采用高温回火处理后硬度为50~52HRC,因此,可用来制作硬度要求不同的冷作或热作模具。

    (7)红硬性在高温状态下工作的热作模具,要求保持其组织和性能的稳定性,从而保持足够高的硬度,这种性能称为红硬性。红硬性也是保持其硬度和组织稳定性,抵抗软化的能力,是热作模具钢和部分重载荷冷作模具钢的重要性能指标。碳素工具锣、低合金工具钢通常能在180~250~C的温度范围内保持这种性能,铬钼热作模具钢一般在550~600℃的温度范围内保持这种性能。钢的红硬性主要取决于钢的化学成分和所采取的热处理工艺。

    (8)强度强度是指钢在服役过程中,抵抗变形和断裂的能力。对于模具来说,则是整个成型面或各个部位在服役过程中抵抗拉伸力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合力的能力。

    衡量钢材强度常用的方法是进行拉伸试验。对于在压缩条件下工作的模具,还经常给m杭压强度。对于模具钢,特别是含碳量高的冷作模具钢,因为塑性很差,一般不用抗拉强度而是以抗弯强度作为实用指标。弯曲试验产生的应力状态与许多模具工作表面产生粤粤力状态极相似,能比较精确地反映出材料的成分及组织因素对性能的影响。抗弯试验甚至对极脆的材料也能反映出一定的塑性。

    在拉伸曲线图上有一个特殊点,当拉力到达这一点时,试棒在拉力不增加或有所下降情况下发生明显伸长变形,这种现象称为屈服。这时的应力称为这种材料的屈服点。

    而当外力去除后不能恢复原状的变形,这部分变形被保留下来的变形,称为塑性事形。屈服点是衡量模具钢塑性变形抗力的指标,也是最常用的强度指标。对模具材料要求具有高的屈服强度,模具产生塑性变形,就意味着失效。

    (9)塑性淬硬后模具钢的塑性较差,尤其是冷变形模具钢,在很小的塑性变形时即发生脆断。衡量模具钢塑性好坏,通常采用断后伸长率和断面收缩率两个指标表示。

    断后伸长率是指拉伸试样拉断以后长度增加的相对百分数,以ψ表示。断后伸长率ψ数值越大,表明钢材塑性越好。热模钢的塑性明显高于冷模钢。

    断面收缩率是指拉伸试棒经拉伸变形和拉断以后,断裂部分截面的缩小量与原始截面之比,以ψ表示。塑性材料拉断以后有明显的缩颈,所以驴值较大。而脆性材料拉断后,截面几乎没有缩小,即没有缩颈产生,ψ值很小,说明塑性很差。

    (10)韧性韧性是模具钢的一种重要性能指标,韧性决定了材料在冲击试验力作用下对破裂的抗断能力。材料的韧性越高,脆断的危险性越小-抗热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾向,冲击韧性试验具有重要意义。

    模具钢的化学成分、晶粒度、纯净度、碳化物和夹杂物等的数量、形貌、尺寸大小及分布情况,以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等因素,都对钢的韧性带来很大的影响。特别是钢的纯净度和热加工变形情况对于其横向韧性的影响更为明显,钢的韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的,通过合理地选择钢的化学成分并且采用合理的精炼、热加工和热处理工艺,可以使模具材料的耐磨性、强度和韧性达到最佳的配合。

    对于受强烈冲击载荷的模具,如冷作模具的冲头、锤用热锻模具、冷镦模具、热锻模具等,模具钢的韧性是十分重要的考虑因素;对于在高温下工作的模具,还必须考虑其在高温下的高温韧性;而对于多向承受冲击载荷作用的模具,还必须考虑其各向I司性的影响。

    冲击韧性是表征材料在一次冲击过程中试样在整个断裂过程中吸收的总能量。但是很多工具是在不同工作条件下疲劳断裂的,因此,常规的冲击韧性不能全面地反映模具

    钢的断裂性能。小能量多次冲击断裂功或多次断裂寿命和疲劳寿命等试验技术正在被采用。

    冲击韧性是指冲击试样缺口处截面积上的冲击吸收功,而冲击吸收功是指规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。冲击试验有夏比U形缺口冲击试验(试样开成U形缺口)、夏比V形缺口冲击试验(试样开成v形缺口)以及艾氏冲击试验。

    影响冲击韧性的因素很多。不同材质的模具钢冲击韧性相差很大,即使同一种材料,因组织状态不同、晶粒大小不同、内应力状态不同,冲击韧性也不相同。通常是晶粒越粗大,碳化物偏析越严重(带状、网状等)、马氏体组织越粗大等,这些都会促使钢材变脆。

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