模具选材所需满足的工艺性能要求

大木木

模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性;还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。　　1.淬透性　　淬透性是指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征，它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小。在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。　　2.氧化、　　氧化：狭义地，氧元素与其他的物质元素发生的化学反应，称其为氧化，也是一种重要的化工单元过程。广义的氧化，指物质失电子(氧化数升高)的过程，　　人的新陈代谢也像是氧化作用，亦即人体每天都在生锈，所产生的铁锈在医学里就叫自由基。自由基是一种带有未配对电子的粒子。因为带有单数电子，所以非常不稳定，具有高度的化学反应性，很容易和周遭的分子反应，使安定分子也变成自由基。如此一再重复，就会衍生大量的自由基。自由基非常活跃，非常不安分。就象我们人类社会中的不甘寂寞的单身汉一样，如果总也找不到理想的伴侣，可能就会成为社会不安定的因素。　　一般情况下，生命是离不开自由基活动的。我们的身体每时每刻都从里到外的运动，每一瞬间都在燃烧着能量，而负责传递能量的搬运工就是自由基。当这些帮助能量转换的自由基被封闭在细胞里不能乱跑乱窜时，它们对生命是无害的。但如果自由基的活动失去控制，超过一定的量，生命的正常秩序就会被破坏，疾病可能就会随之而来。　　所以说自由基是一把双刃剑。已知有许多疾病皆肇因于自由基作祟，如类风湿性关节炎、急性呼吸窘迫症候群、艾滋病以及牙周病等。自由基除会对细胞产生伤害外，最恶劣的伎俩在于能发动自由基连锁反应，进一步恶化、伤害体内组织。这种连锁反应相当惊人：正常的化学物质系由原子与分子构成且需携带二个成对电子来维持化学状态的安定;而自由基即是含有不成对电子的分子或原子，因此它极须抢夺其它分子或原子的电子凑对，才能安抚它的野性，保持安定。然而，如果自由基豪夺的对象是蛋白质、碳水化合物、醣类、脂肪等人体必须物质，则这些失去电子的营养成分，不仅因为遭氧化而面目全非，更会进一步利用其自由基的新身分，再去抢夺其它电子由此形成恶性循环的自由基连锁反应;人体的功能因此逐渐损伤败坏。　　3、脱碳敏感性　　decarbonization一种净化气体的过程，指脱除混合气体中的二氧化碳，主要见于合成氨生产原料气或煤气的处理。脱除原料气中二氧化碳的方法，分为3类。　　(1)物理吸收法最早采用加压水脱除二氧化碳，经过减压将水再生。此法设备简单，但脱除二氧化碳净化度差，出口二氧化碳一般在2%(体积)以下，动力消耗也高。近20年来开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等，与加压水脱碳法相比，它们具有净化度高、能耗低、回收二氧化碳纯度高等优点，而且还可选择性地脱除硫化氢，是工业上广泛采用的脱碳方法。　　(2)化学吸收法具有吸收效果好、再生容易，同时还能脱硫化氢等优点。主要方法有乙醇胺法和催化热钾碱法。后者脱碳反应式为：　　K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3　　为提高二氧化碳的吸收和再生速度，可在碳酸钾溶液中添加某些无机或有机物作活化剂，并加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。其中工业上广泛应用的方法(表5—9)有多种。　　3.切削加工性　　切削加工性(可切削性，机械加工性)：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。一般非铁金属(有色金属)比铁金属切削加工性好，铸铁比钢好。　　4.退火工艺性　　退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性;消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向;细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。准确的说，退火是一种对材料的热处理工艺，包括金属材料、非金属材料。而且新材料的退火目的也与传统金属退火存在异同。　　5.淬硬性　钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中WC%。钢的淬透性和淬硬性是两种完全不同的概念。钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火能达到最高硬度的能力，它主要取决于马氏体的碳含量。淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。如低碳合金钢的淬透性相当好，但它的淬硬性却不高，再如高碳工具钢的淬透性较差，但其淬硬性高。　　6.可锻性　　金属具有热塑性，在加热状态(各种金属要求温度不同)，可以进行压力加工，称为具有可锻性。指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。　　金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的性能，也叫工艺塑性。可锻性指标通常用金属材料在一定塑性变形方式下表面开始出现裂纹时的变形量来表示，这个变形量称为临界变形量。各种锻压加工的变形方式不同,表示可锻性的指标也不同。镦粗以压缩率表示,延伸以延伸率或截面缩小率表示，扭转以扭角表示。　　7.淬火变形开裂倾向　　常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。　　8.可磨削性　　砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。