冷作模具对材料性能的要求

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一、使用性能要求
    冷作模具种类繁多，结构复杂，在工作中受到拉伸、弯曲、压缩、冲击、疲劳、摩擦等机械力的作用，其正常的失效形式主要是磨损、脆断、变形、咬合等。因此，对冷作模具加工材料使用性能的基本要求是:
    1.良好的耐磨性
    冷作模具在工作时，模具与坯料之间产生很大摩擦，在这种摩擦的作用下，模具表面会划出一些微观凹凸痕迹，这些痕迹与坯料表面的凹凸不平相咬合，使模具表面逐渐产生切应力，造成机械破损而磨损。
    由于材料硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素，所以，为提高冷作模具的抗磨损能力，通常要求硬度应高于注塑加工件硬度的30%一50%;材料的组织要求为回火马氏体或下贝氏体，其上分布着细小、均匀的粒状碳化物。
    2.高强度
    强度指标对于冷作模具的设计和材料选择是极为重要的依据，主要包括:拉伸屈服点、压缩屈服点。其中压缩屈服点对冷作模具冲头材料的变形抗力影响最大。为了获得高的强度，在材料选定的情况下，主要是通过适当的热处理工艺进行强化。
    3.足够的韧性
    对韧性的具体要求，应根据冷作模具的注塑加工件条件考虑，对受冲击载荷较大、易受偏心弯曲载荷或有应力集中的模具等，都需要较高的韧性。对一般工作条件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用，在这种载荷作用下，模具的失效形式是疲劳断裂，所以不必追求过高的冲击韧度值，而是要提高多冲疲劳抗力。这一点，在制订冷作模具的热处理工艺时必须给予充分的重视。
    4.良好的抗疲劳性能
    很多情况下，冷作模具(如冷徽、冷挤、冷冲)是在交变载荷作用下发生疲劳破坏的，所以要求较高的疲劳抗力。影响疲劳抗力的因素很多，如钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒，模具表面的微小刀痕、凹槽以及截面突然变化和表面脱碳等，都能导致疲劳抗力降低。
    5.良好的抗咬合能力
    当冲压材料与模具表面接触时，在高压摩擦下，润滑油膜被破坏，此时，被冲压件金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在成形注塑加工件表面划出道痕。咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗能力。影响咬合抗力的主要因素是成形材料的性质，如镍基合金、奥氏体不锈钢、精密合金等有较强的咬合倾向。模具加工材料及润滑条件对咬合抗力也有较大的影响。
    二、工艺性能要求
    冷作模具加工材料还必须具备适宜的工艺性能，主要包括:可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性等。
    1.可锻性
    锻造不仅减少了模具的机械加工余量，更重要的是可改善坯料的内部组织缺陷，所以锻造质量的好坏对模具质量有很大影响。
    为了获得良好的锻造质量，对可锻性的要求是:热锻变形抗力低，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物的倾向性小。
    2.可加工性
    对可加工性的要求是:切削力小，切削用量大，刀具磨损小，加工表面光洁。
    大多数模具加工材料切削加工都较困难，为了获得良好的切削加工性能，需要正确进行热处理;对于表面质量要求极高的模具，往往选用含S, Ca等元素的易切削模具钢。
    3.可磨削性
    为了达到模具的尺寸精度和表面粗糙度的要求，许多模具零件必须经过磨削加工。
    对于可磨削性的要求是:对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤与磨裂。
    4.热处理工艺性
    热处理工艺性主要包括:淬透性、回火稳定性、脱碳倾向、过热敏感性、淬火变形与开裂倾向等。
    (1)淬透性对于大型模具，除了要求表面有足够的硬度外，还要求心部有良好的强韧性配合，这就需要模具钢具有高的淬透性—淬火时采用较缓的冷却介质，就可以获得较深硬化层。对于形状复杂的小型模具，也常采用高淬透性的模具钢制造，这是为了使其淬火
后能获得较均匀的应力状态，以避免开裂或较大的变形。
    (2)回火稳定性回火稳定性反映了冷作模具受热软化的抗力，可以用软化温度(保持硬度58HRC的最高回火温度)和二次硬化硬度来评定。回火稳定性愈高钢的热硬性愈好，在相同的硬度情况下，其韧性也较好。所以对于受到强烈挤压和摩擦的冷作模具，要求模具加工材料具有较高的回火稳定性。一般，对于高强韧性模具钢，二次硬化硬度不应低于60HRC,对于高承载模具钢不应低于62 HRC o
    (3)脱碳倾向、过热敏感性脱碳严重降低模具的耐磨性和疲劳寿命;过热会得到粗大的马氏体www.vtoall.com，降低模具的韧性，增加模具早期断裂的危险性。所以要求冷作模具钢的脱碳倾向、过热敏感性要小。
    (4)淬火变形、开裂倾向模具钢淬火变形、开裂倾向与材料成分、原始组织状态、注塑加工件几何尺寸、注塑加工件形状、热处理工艺方法和参数都有很大关系，在模具的设计选材时必须加以考虑。
    通常，由热处理工艺引起的变形、开裂问题，可以通过控制加热方法、加热温度、冷却方法等热处理工序来解决;而由材料特性引起的变形、开裂问题，主要是通过正确选材、控制原始组织状态和最终组织状态来解决。