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模具钢硬度与红硬性:冷作与热作模具钢的性能指标解析

强度性能 (1​​)硬度是模具钢的主要技术指标。模具要想在高应力的作用下保持其形状和尺寸,就必须有足够高的硬度。冷作模具钢的硬度在室温下一般保持在HRC60左右,而热作模具钢根据其工作条件一般要求硬度保持在HRC40~55范围内。对于同一钢种,在一定的硬度值范围内,硬度与变形抗力成正比;然而,具有相同硬度值但不同成分和结构的钢种之间的塑性变形抗力可能显着不同。 (2)红硬性在高温下工作的热作模具要求保持其组织和性能的稳定,以保持足够高的硬度。这种性质称为红硬度。碳素工具钢和低合金工具钢通常可以在180~250℃的温度范围内保持这种性能,铬钼热作模具钢一般可以在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热处理工艺。 (3)压缩屈服强度和压缩弯曲强度模具在使用过程中经常受到高强度的压力和弯曲作用,因此要求模具材料具有一定的压缩强度和弯曲强度。很多情况下,压缩和弯曲试验的条件与模具的实际工作条件接近(例如,测得的模具钢的压缩屈服强度与冲头在工作过程中表现出的变形抗力一致)。弯曲试验的另一个优点是应变的绝对值较大,可以更灵敏地反映不同钢种之间、不同热处理和组织状态下变形抗力的差异。

韧性 模具在工作过程中会受到冲击载荷。为了减少使用过程中断裂、崩刃等形式的损坏,要求模具钢具有一定的韧性。模具钢的化学成分、晶粒度、纯净度、碳化物和夹杂物的数量、形貌、尺寸和分布,以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等,都有对钢材的影响。韧性有很大的影响。特别是钢的纯净度和热加工变形对其横向韧性影响更为明显。钢的韧性、强度和耐磨性往往是矛盾的。因此,必须合理选择钢材的化学成分,采用合理的精炼、热加工和热处理工艺,以达到模具材料耐磨性、强度和韧性的最佳结合。冲击韧性是指特性材料在冲击过程中整个断裂过程中样品所吸收的总能量。然而,许多工具在不同的工作条件下会因疲劳而断裂。因此,常规冲击韧性不能充分反映模具钢的断裂性能。正在采用小能量多次冲击断裂功或多次断裂寿命、疲劳寿命等测试技术。抗热疲劳性热作模具钢不仅能承受使用条件下载荷的周期性变化,而且还能承受高温和周期性快速冷却和加热。因此,在评价热作模具钢的断裂抗力时,应注意材料的热机械性能。疲劳断裂特性。热机械疲劳是一项综合性能指标,它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。热疲劳性能反映了热疲劳裂纹萌生前材料的工作寿命。具有高热疲劳抗力的材料有更多的热循环来引发热疲劳裂纹。机械疲劳裂纹扩展率反映了热疲劳裂纹萌生后材料的锻造性能。当裂纹在压力作用下向内扩展时,各应力周期的扩展量;断裂韧性反映了材料对现有裂纹不稳定扩展的抵抗能力。

对于断裂韧性高的材料,裂纹若要不稳定扩展,则裂纹尖端必须有足够高的应力强度因子,即裂纹长度必须很大。在应力恒定的前提下,模具中已经存在疲劳裂纹。如果模具材料的断裂韧性值很高,则裂纹必须扩展得更深,然后才会出现不稳定的扩展。换句话说,抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的寿命部分;而裂纹扩展速率和断裂韧性决定了裂纹萌生后发生亚临界膨胀时的寿命部分。因此,为了获得热作模具的高寿命,模具材料应具有高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。抗热疲劳指数可以通过引发热疲劳裂纹的热循环次数来测量,或者通过一定热循环后出现的疲劳裂纹的数量和平均深度或长度来测量。耐磨性决定模具使用寿命的最重要因素往往是模具材料的耐磨性。模具在运行过程中承受相当大的压应力和摩擦力,要求模具在强摩擦下保持其尺寸精度。模具磨损主要有机械磨损、氧化磨损和熔体磨损三种。为了提高模具钢的耐磨性,必须保持模具钢的高硬度,并保证钢中碳化物或其他硬化相的成分、形貌和分布合理。对于在重载、高速磨损条件下使用的模具,要求模具钢表面形成一层薄而致密、附着力好的氧化膜,保持润滑,减少模具与模具之间的粘焊、熔焊等熔融磨损。工件。可以减少模具表面氧化引起的氧化磨损。

因此,模具的工作条件对钢材的磨损影响较大。耐磨性的测定可以采用模拟试验的方法,测出相对耐磨指数,该指数可以作为表征不同化学成分和组织状态下耐磨水平的参数。显示规定毛刺高度前的寿命,反映各种钢种的耐磨水平;试验以Cr12MoV钢(є=1)为对比。抗咬合力 抗咬合力实际上就是“冷焊”发生时的阻力。该特性对于模具材料很重要。试验时,通常将待测工具钢试样与有咬合倾向的材料(如奥氏体钢)在干摩擦条件下进行等速双摩擦运动,并以一定速度逐渐增加载荷。此时,旋转力矩也相应增大,这种载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷越高,抗咬合能力越强。

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