模具的力学性能要求

凌凌厉

模具的力学性能要求模具材料的性能是由模具材料的成分和热处理后的组织所决定的。模具钢的基本组织是由马氏体基体以及在基体上分布着的碳化物和金属间化合物等构成。

      模具钢的性能应该满足某种模具完成额定工作量所具备的性能，但因各类模具使用条件及所完成的额定工作量指标均不相同，故对模具性能要求也不同。又因为不同钢的化学成分和组织对各种性能的影响不同，即使同一牌号的钢也不可能同时获得各种性能的最佳值，一般某些性能的改善会损失其他的性能。因而，模具工作者常根据模具工作条件及工作定额要求选用模具钢及最佳处理工艺，使之达到主要性能最优，而其他性能损失最小的目的。

      对各类模具钢提出的性能要求主要包括：硬度、强度、塑性和韧性等。
模具的力学性能要求--硬度
      硬度表征了钢对变形和接触应力的抗力。测硬度的试样易于制备，车间、试验室一般都配备有硬度计，因此，硬度是很容易测定的一种性能，而且硬度与强度也有一定关系，可通过硬度强度换算关系得到材料硬度值。按硬度范围划定的模具类别，如高硬度（52～60HRC），一般用于冷作模具，中等硬度（40～52HRC），一般用于热作模具。

      钢的硬度与成分和组织均有密切关系，通过热处理，可以获得很宽的硬度变化范围。如新型模具钢012Al和CG－2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、热作模具。因而这类模具钢可称为冷作、热作兼用型模具钢。

      模具钢中除马氏体基体外，还存在更高硬度的其他相，如碳化物、金属间化合物等。

      模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的碳量（或含氮量），马氏体中的含碳量取决于奥氏体化温度和时间。当温度和时间增加时，马氏体中的含碳量增多马氏体硬度会增加，但淬火加热温度过高会使奥氏体晶粒增大，淬火后残留奥氏体量增多，又会导致硬度下降。因此，为选择最佳淬火温度，通常要先作出该钢的淬火温度— 晶粒度—硬度关系曲线。

      马氏体中的含碳量在一定程度上与钢的合金化程度有关，尤其当回火时表现更明显。随回火温度的增高，马氏体中的含碳量在减少，但当钢中合金含量越高时，由于猕散的合金碳化物折出及残留奥氏体向马氏体的转变，所发生的二次硬化效应越明显，硬化峰值越高。

      常用硬度测量方法有以下几种：

      1.洛氏硬度（HR）是最常用的一种硬度测量法，测量简便、迅速，数值可以从表盘上直接选出。洛氏硬度常用三种刻度，即HRC、HRA、HRB。

      2.布氏硬度（HB）用淬火钢球作硬度头，加上一定试验力压人工件表面，试验力卸掉以后测量压痕直径大小，再查表或计算，使得出相应的布氏硬度值HB。布氏硬度测试主要用于退火、正火、调质等模具钢的硬度测定。

      3.维氏硬度（HV）采用的压头是具有正方形底面的金刚石角锥体，锥体相对两面间的夹角为136°，硬度值等于试验力F与压痕表面积之比值。