對于模具鋼,特別是含碳量高的冷作模具鋼,因塑性很差,一般不用抗拉強度而是以抗彎強度作為實用指標??箯澰囼炆踔翆O脆的材料也能反映出一定的塑性。而且,彎曲試驗產生的應力狀態與許多模具工作表面產生的應力狀態極相似,能比較精確地反映出材料的成分及組織因素對性能的影響。
在拉伸曲線圖上有一個特殊點,當拉力到達這一點時,試棒在拉力不增加或有所下降情況下發生明顯伸長變形,這種現象稱為屈服。這時的應力稱為這種材料的屈服點。而當外力去除后不能恢復原狀的變形,這部分變形被保留下來,成為永久變形,稱為塑性變形。屈服點是衡量模具鋼塑性變形抗力的指標,也是最常用的強度指標。對模具材料要求具有高的屈服強度,如果模具產生了塑性變形,那么模具加工出來的零件尺寸和形狀就會發生變化,產生廢品,模具也就失效了。
【塑性】
淬硬的模具鋼塑性較差,尤其是冷變形模具鋼,在很小的塑性變形時即發生脆斷。衡量模具鋼塑性好壞,通常采用斷后伸長率和斷面收縮率兩個指標表示。
斷后伸長率是指拉伸試樣拉斷以后長度增加的相對百分數,以δ表示。斷后伸長率δ數值越大,表明鋼材塑性越好。熱模鋼的塑性明顯高于冷模鋼。
斷面收縮率是指拉伸試棒經拉伸變形和拉斷以后,斷裂部分截面的縮小量與原始截面之比,以ψ表示。塑性材料拉斷以后有明顯的縮頸,所以ψ值較大。而脆性材料拉斷后,截面幾乎沒有縮小,即沒有縮頸產生,ψ值很小,說明塑性很差。
【韌性】
韌性是模具鋼的一種重要性能指標,韌性決定了材料在沖擊試驗力作用下對破裂的抗斷能力。材料的韌性越高,脆斷的危險性越小,熱疲勞強度也越高。對于衡量模具脆斷傾向,沖擊韌度試驗具有重要意義。
沖擊韌度是指沖擊試樣缺口處截面積上的沖擊吸收功,而沖擊吸收功是指規定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功。沖擊試驗有夏比U形缺口沖擊試驗(試樣開成U形缺口)、夏比V形缺口沖擊試驗(試樣開成V形缺口)以及艾式沖擊試驗。
影響沖擊韌度的因素很多。不同材質的模具鋼沖擊韌度相差很大,即使同一種材料,因組織狀態不同、晶粒大小不同、內應力狀態不同沖擊韌度也不相同。通常是晶粒越粗大,碳化物偏析越嚴重(帶狀、網狀等),馬氏體組織越粗大等都會促使鋼材變脆。溫度不同,沖擊韌度也不相同。一般情況是溫度越高沖擊韌度值越高,而有的鋼常溫下韌性很好,當溫度下降到零下20~40℃時會變成脆性鋼。
為了提高鋼的韌性,必須采取合理的鍛造及熱處理工藝。鍛造時應使碳化物盡量打碎,并減少或消除碳化物偏析,熱處理淬火時防止晶粒過于長大,冷卻速度不要過高,以防內應力產生。模具使用前或使用過程中應采取一些措施減少內應力。
【特殊性能要求】
由于模具種類繁多,工作條件差別很大,因此模具的常規性能及相互配合要求也各不相同,而且某種模具實際性能與試樣在特定條件下測得的數據也不一致。所以,除測定材料的常規性能外,還必須根據所模擬的實際工況條件,對模具使用特性進行測量,并對模具的特殊性能提出要求,建立起正確評價模具性能的體系。
對熱作模具必須測試在高溫條件下的硬度、強度和沖擊韌度。因為熱作模具是在某一特定溫度下服役,在室溫下測定的性能數據,當溫度升高時要發生變化。性能變化趨勢和速率相差也很大,如A種材料在室溫下硬度雖比材料B高,但隨溫度上升,硬度下降顯著,到達—定溫度后,硬度值反而會低于材料B。那么,當在較高溫度工作條件下要求耐磨性高時,就不能選用A種材料,而需選用室溫下硬度值雖較低但隨溫度上升,硬度下降緩慢的材料B。
對熱作模具除要求室主高溫條件下的硬度、強度、韌性外,還要求具有某些特殊性能。
【熱穩定性】
熱穩定性表征鋼在受熱過程中保持金相組織和性能的穩定能力。通常,鋼的熱穩定性用回火保溫4h,硬度降到45HRC時的最高加熱溫度表示。這種方法與材料的原始硬度有關,有資料將達到預定強度級別的鋼加熱,保溫2h,使硬度降到一般熱鍛模失效硬度35HRC的最高加熱溫度定為該鋼穩定性指標。對于因耐熱性不足而堆積塌陷失效的熱作模具,可以根據熱穩定性預測模具的壽命水平。
【回火穩定性】
回火穩定性指隨回火溫度升高,材料的強度和硬度下降快慢的程度,也稱回火抗力或抗回火軟化能力。通常以鋼的回火溫度-硬度曲線來表示,硬度下降慢則表示回火穩定性高或回火抗力大?;鼗鸱€定性也是與回火時組織變化相聯系的,它與鋼的熱穩定性共同表征鋼在高溫下的組織穩定性程度,表征模具在高溫下的變形抗力。