模具钢的力学性能要求有哪些 (2)

来源:51模材网 

  对于模具钢,特别是含碳量高的冷作模具钢,因塑性很差,一般不用抗拉强度而是以抗弯强度作为实用指标。抗弯试验甚至对极脆的材料也能反映出一定的塑性。而且,弯曲试验产生的应力状态与许多模具工作表面产生的应力状态极相似,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。

  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,成为永久变形,称为塑性变形。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,如果模具产生了塑性变形,那么模具加工出来的零件尺寸和形状就会发生变化,产生废品,模具也就失效了。

  【塑性】

  淬硬的模具钢塑性较差,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δ表示。断后伸长率δ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ψ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。

  【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,热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾向,冲击韧度试验具有重要意义。

  冲击韧度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)以及艾式冲击试验。

  影响冲击韧度的因素很多。不同材质的模具钢冲击韧度相差很大,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度也不相同。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都会促使钢材变脆。温度不同,冲击韧度也不相同。一般情况是温度越高冲击韧度值越高,而有的钢常温下韧性很好,当温度下降到零下20∼40℃时会变成脆性钢。

  为了提高钢的韧性,必须采取合理的锻造及热处理工艺。锻造时应使碳化物尽量打碎,并减少或消除碳化物偏析,热处理淬火时防止晶粒过于长大,冷却速度不要过高,以防内应力产生。模具使用前或使用过程中应采取一些措施减少内应力。

  【特殊性能要求】

  由于模具种类繁多,工作条件差别很大,因此模具的常规性能及相互配合要求也各不相同,而且某种模具实际性能与试样在特定条件下测得的数据也不一致。所以,除测定材料的常规性能外,还必须根据所模拟的实际工况条件,对模具使用特性进行测量,并对模具的特殊性能提出要求,建立起正确评价模具性能的体系。

  对热作模具必须测试在高温条件下的硬度、强度和冲击韧度。因为热作模具是在某一特定温度下服役,在室温下测定的性能数据,当温度升高时要发生变化。性能变化趋势和速率相差也很大,如A种材料在室温下硬度虽比材料B高,但随温度上升,硬度下降显著,到达—定温度后,硬度值反而会低于材料B。那么,当在较高温度工作条件下要求耐磨性高时,就不能选用A种材料,而需选用室温下硬度值虽较低但随温度上升,硬度下降缓慢的材料B。

  对热作模具除要求室主高温条件下的硬度、强度、韧性外,还要求具有某些特殊性能。

  【热稳定性】

  热稳定性表征钢在受热过程中保持金相组织和性能的稳定能力。通常,钢的热稳定性用回火保温4h,硬度降到45HRC时的最高加热温度表示。这种方法与材料的原始硬度有关,有资料将达到预定强度级别的钢加热,保温2h,使硬度降到一般热锻模失效硬度35HRC的最高加热温度定为该钢稳定性指标。对于因耐热性不足而堆积塌陷失效的热作模具,可以根据热稳定性预测模具的寿命水平。

  【回火稳定性】

  回火稳定性指随回火温度升高,材料的强度和硬度下降快慢的程度,也称回火抗力或抗回火软化能力。通常以钢的回火温度-硬度曲线来表示,硬度下降慢则表示回火稳定性高或回火抗力大。回火稳定性也是与回火时组织变化相联系的,它与钢的热稳定性共同表征钢在高温下的组织稳定性程度,表征模具在高温下的变形抗力。

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