(一)強度
1.金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度,是衡量零件本身承載能力(即抵抗失效能力)的重要指標。模具在工作過程中承受著巨大的沖擊、扭曲等載荷。尤其是隨著高速沖壓、高速精密鍛造和液態成形等技術以及一次成形技術的發展,模具承受著更大的載荷。往往由于鋼材的強度不夠,造成型腔邊緣或局部塌陷、崩刃或裂開等早期失效。因此模具在成形及熱處理后應具有較高的強度,這是模具零部件首先應滿足的基本要求。
2.反映冷作模具材料的斷裂抗力指標是溫室下的抗拉強度、抗壓強度和抗彎強度等。冷作模具鋼的塑性變形抗力主要是指常溫下的屈服強度。為確保模具在使用過程中不發生過量塑性變形而失效,模具材料的屈服前度必須大于模具的工作應力。
3.熱作模具的工作對象是高溫軟化狀態的坯料,故所受的工作應力要比冷作模具小得多。但熱作模具與高溫坯料接觸的部分會受熱而軟化,因此模具的表面層需要有足夠的高溫強度,在工作溫度下能保持模具形狀和尺寸的穩定性。
4.影響強度的因素很多,鋼的碳含量、晶粒大小、金相組織,碳化物的類型、形狀、大小及分布,殘留奧氏體量、內應力狀態等都對強度有顯著影響。因此,根據使用條件合理地選擇模具材料的化學成分、組織狀態和適當的熱處理工藝,能獲得最佳的強度、硬度和韌性配合。
(二)硬度
1.硬度是衡量材料軟硬程度的性能指標。它是表征材料的彈性、塑性、形變強化率、強度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標。另一方面,因為要直接測得實際模具零件的各種力學性能指標較困難,所以一般是利用硬度和強度之間存在的一定關系,通過硬度來間接地表征材料的強度、塑性、疲勞抗力和耐磨性等性能。
2.作為成形用的模具(尤其是高精度模具),一般應有較高的硬度,才能確保其使用性能。冷作模具的硬度一般選擇在58~60HRC;而熱作模具尤其是要求具有高的抗熱疲勞性能的模具,通常硬度在45~50HRC;普通的塑料模具,一般硬度要求在35HRC左右。多數熱作模具和某些冷作模具以及塑料模具,常常還要求具有較高的熱硬性,即在高溫條件下,保持組織和性能穩定的能力,這是熱作模具和重載冷作模具的重要性能指標,一般要求在500~600℃條件下,仍然保持足夠的硬度。
3.鋼的硬度是最基本的性能,其大小主要取決于鋼的化學成分和組織。例如,鋼的淬火硬度取決于碳含量,而合金元素的影響不大。
4.最常用的硬度實驗法是布氏硬度實驗法、洛氏硬度實驗法和維氏硬度實驗法。
(三)塑性
塑性是材料在某種給定載荷下產生不可逆永久變形的能力。對于大多數的工程材料,當其應力低于比例極限(彈性極限)時,應力-應變關系是線性的,表現為彈性行為,也就是說,當移走載荷時,其應變也完全消失。而當應力超過彈性極限后,發生的變形包括彈性變形兩部分,塑性變形不可逆。常用的評價金屬材料塑性的指標有斷后伸長率(延伸率)和斷面收縮率。
(四)韌性
韌性是指金屬在斷裂前吸收變形能量的能力,反映了模具材料的脆斷抗力。韌性的判據通過沖擊試驗來測定。常以沖擊吸收能量或沖擊韌度來評定。
(五)疲勞強度
金屬疲勞強度的影響因素很多,如鋼的化學成分、鋼材的冶金缺陷、模具的表面質量、受力狀態及周圍介質等。因此,注重模具材料的選擇、合理設計模具結構避免應力集中、降低表面粗糙度值(進行表面滾壓、噴丸處理)、進行表面熱處理等,可以提高模具的疲勞強度。