1.2_模具材料的主要性能指标

1、1.2 1.2 模具材料的模具材料的主要主要性能性能指标指标 l. 强度强度 2. 硬度硬度 3.塑性塑性 4.韧性韧性 5.耐磨性耐磨性 6.抗热疲劳性抗热疲劳性 7.咬合抗力咬合抗力 8.耐蚀性耐蚀性 1.2.11.2.1使用性能使用性能 冷作模具钢：冷作模具钢：5260HRC左右左右 热作模具钢：热作模具钢：4052HRC 1 1. .硬度硬度 u材料对一更硬物体压入其内时所表现的抵抗力。 u表征金属的塑性变形抗力及应变硬化能力。 u很容易测定 u与强度也有一定关系，可换算 图1-1 硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢; 2-Cr12MoV钢; 3-Cr5

2、Mo1V钢 (1)布氏硬度布氏硬度HB ( Brinell-hardness ) 适用于未经淬火的钢、铸铁、有 色金属或质地轻软的轴承合金。 布氏硬度计布氏硬度计 适用范围适用范围: v 450HBS; v 650HBW; (2)洛氏硬度洛氏硬度( Rockwll hardness )-本学期实验之一本学期实验之一 u每压痕深0.002mm相当于洛氏1度。 u常用标尺有B、C、A三种: HRB 轻金属，未淬火钢 HRC 较硬，淬硬钢制品 HRA 硬、薄试件 h1- h0 洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图 洛氏硬度计洛氏硬度计 10HRCHBS (3)维氏硬度（维氏硬度（Vickers-ha

3、rdness） u测试压力可选5、10、20，30、50、100、120kg等 u小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。 适用范围适用范围: : 测量薄板类测量薄板类 ; ; HVHBS ;HVHBS ; u指材料在使用过程中，抵抗变形和断裂的能力。 u对于模具来说则是整个型面或各个部位在服役过程中 抵抗拉伸力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合力的能力。 2.强度强度 b s 0.2 bb 抗拉强度 屈服强度 室温强度（冷做模具） 强度条件屈服强度 抗弯强度 高温强度（热作模具） 拉伸试验机（金属）拉伸试验机（金属） 拉伸试样:其形状有圆形和矩形两类。 在国家标准(GB/T 2282002)金属

4、材料室温 拉伸试验方法中，对试样的形状、尺寸及加 工要求均有明确的规定。 下图所示为圆形拉伸试样。 强度与塑性强度与塑性 拉伸试验 F e s b k L Fs Fb O 屈服屈服 弹弹 性性 变变 形形 缩颈缩颈 断裂断裂 塑塑 性性 变变 形形 塑性变形塑性变形: :外力外力 去除后不能消失去除后不能消失 的变形的变形 应力-应变曲线 弹性极限弹性极限 e e 屈服强度屈服强度 S S 抗拉强度抗拉强度 b b 断裂强度断裂强度 k k 比例极限比例极限 p p 强度指标:屈服点和抗拉强度。 屈服点:试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍 能继续伸长(变形)时的应力称为屈服点，其计算公式为

5、 （1-3） 式中 s屈服点，MPa; Fs试样屈服时的载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 对于无明显屈服现象的金属材料，按GB/T 2282002 规定可用规定残余伸长应力0.2表示。0.2表示试样卸除 拉伸力后，其标距长度部分的残余伸长率达到0.2%时的应 力，也称条件屈服强度。计算公式为 （1-4） 式中 0.2规定残余伸长应力，条件屈服强度，MPa; F0.2残余伸长率达到0.2%时的载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 SS0 F /S 0.20.20 F /S 抗拉强度:试样拉断前承受的最大标称拉应力称为 抗拉强度。其计算公式为 b=Fb/S0 （1-5） 式中

6、b抗拉强度，MPa; Fb试样承受的最大载荷，N; S0试样原始横截面面积，mm2。 抗拉强度表示材料在拉伸载荷作用下的最大均匀变形 的抗力。零件在工作中所承受的 应力，不允许超过抗拉 强度，否则会产生断裂。抗拉强度b和屈服点s一样，也 是机械零件设计和选材的主要依据。在工程上把s/b称 为屈强比。屈强比高，则材料强度的有效利用率高，但过 高也不好，一般以0.75左右为宜。 强度指标:屈服点和抗拉强度。 3.塑性塑性 断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。 断后伸长率断后伸长率： =(l1- l0)/l0100% （1-6） 式中 试样断后伸长率，%; l0试样原始标距长度，mm; l1

7、试样拉断后的标距长度，mm。 断面收缩率断面收缩率： =(S0-S1)/S0100% （1-71-7） 式中 断面收缩率，%; S0试样原始横截面面积，mm2; S1试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。 金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性。 摆锤冲击试验机 4.韧性韧性 (1)冲击吸收功冲击吸收功Ak Ak=M(H1-H2) M为摆锤的质量, N； H1为摆锤初始高度， m ; H2为冲断试样后，摆锤回升高度，m。 (2)冲击韧度冲击韧度k 冲击韧度（冲击韧度（k）是试样缺口处单位面积上所消耗的）是试样缺口处单位面积上所消耗的 冲击吸收功，表征金属材料抵抗冲击载荷的能力。冲击吸收功，

8、表征金属材料抵抗冲击载荷的能力。 其单位为(J/cm2)，值越小表明材料的韧性越低、脆 性越大。 （1-19） Ak冲击吸收功， F试样横截面积。 k k A a F 在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减 少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求 模具钢具有一定的韧性。韧性是模具钢的一种重要 性能指标，它决定了材料在冲击试验力作用下对破 裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆断的危险性越 小，热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾向， 冲击韧度试验具有重要意义。 要点：要点：承受着冲击载荷的模具，应具有较高的承受着冲击载荷的模具，应具有较高的 韧性韧性。 TitanicTitanic沉没原因沉

9、没原因 建造中的建造中的 Titanic号号 水线上下都由10张30英尺长的高含硫量钢板高含硫量钢板焊接成300 英尺的船体。当船撞击冰山时，船体上这些长长的焊缝 无异于一条300英尺长的大拉链，使船体产生很长的裂 纹，海水大量涌入使船迅速沉没。 TitanicTitanic沉没原因沉没原因 Titanic 号钢板（左图）和含硫较低钢板（右图）的冲击试验结果 nTitanic 含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低 温呈脆性。 5.耐磨性耐磨性 磨料磨损 粘着磨损 微动磨损 磨损的类型 氧化磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 模具在工作中承受相当大 的压应力和摩擦力，要求模具 能够在强烈摩擦下仍保持其尺 寸

10、精度。 销盘式摩擦磨损试验机销盘式摩擦磨损试验机 主要技术指标： 载荷范围：0.1N200N (10g20kg ) 旋转速度：2003000rpm (连续可调) 样品尺寸：880mm 厚度： 0.530mm 摩擦系数测量精度： 0.2 Fs （满量程） 样品对偶尺寸： 36mm 磨痕深度测量范围： 1mm 精度：0.1 图3是MG-200型调整高温磨擦磨损试验机 工作原理示意图 1垂直轴 2金属圆盘 3砂布 4试样 5夹具 6加载砝码 磨粒磨损磨粒磨损 由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩 擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦 伤与表面材料脱落的现象，称为磨粒磨损。 其特征是在摩擦副对偶表面沿滑动

11、方向形 成划痕。 粘着磨损粘着磨损 两个金属表面 的微凸部分在局部 高压下产生局部粘 结(固相粘着)，使 材料从一个表面转 移到另一表面或撕 下作为磨料留在两 个表面之间，这一 现象称为粘着磨损。 微动磨损微动磨损 微动磨损是指在滚动要素摆动工作时， 因两个接触面相对反复的微小滑动而产生 的摩损。 表面疲劳磨损表面疲劳磨损 两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦 时，在交变接触压应力作用下，使材料表 面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲 劳磨损。 5.5.耐磨性耐磨性比較比較 图1-2 五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性 图图1-3 工模具钢的磨粒磨损抗力工模具钢的磨粒磨损抗力 1-高碳高钒高速钢高碳

12、高钒高速钢; 2-高碳高钒钢高碳高钒钢; 3-低合金模具钢及碳素工具钢低合金模具钢及碳素工具钢 6.抗热疲劳性能抗热疲劳性能 热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期 性变化之外，还受到高温及周期性的急冷急热的作 用，抗热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前 的工作寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命， 模具材料应具备高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展 速率和高的断裂韧性值。 抗热疲必性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热 循环数，也可以用经过定的热循环后所出现的疲劳 裂纹的条数及平均的深度或长度来衡量。 咬合抗力实际上就是发生“冷焊”时的抵抗力。 该性能对于模具材料较重要。试验时通常在干摩擦 条件下

13、，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的 材料（如奥氏体钢）进行恒速对偶摩擦运动，以一 定的速度逐渐增大载荷，此时，转矩也相应增大， 该载荷称为“咬合临界载荷”，咬合临界载荷愈高， 标志着咬合抗力愈强。 7.咬合抗力咬合抗力 表表1-2 几种工模具钢及其表面强化工艺的咬合临界载荷几种工模具钢及其表面强化工艺的咬合临界载荷 实验材料W6Mo5Cr4V2Cr12MoV渗硫离子渗氯VC渗层TiC渗层硬质合金 咬合临界载荷/N16232442737577 金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称 为金属的耐蚀性。 提高模具材料的耐蚀性，通常采用合金化方法获得一系列耐 蚀合金，主要包括: （1）提高金属或合金的电极电位，例如在Ni中加Cu和Cr等。 （2）加入易钝化合金元素，例如在钢中加入Cr，Ni，Mo等。 （3）加入能使合金表面生成致密腐蚀产物保护膜的合金元 素，例如，钢能耐大气腐蚀是因其表面形成结构致密的羟基氧 化铁FeOx(OH)23-2x，它能起保护作用。钢中加入Cu与P或P与 Cr均可促进这种保护膜的生成，由此可用Cu与P或P与Cr制成耐 大气腐蚀的低合金钢。 8.耐蚀性耐蚀性 冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良好 的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性; 冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧 性、高淬透性以及良好的耐磨性