(一)強(qiáng)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(qiáng)度,是衡量零件本身承載能力(即抵抗失效能力)的重要指標(biāo)。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?zèng)_壓、高速精密鍛造和液態(tài)成形等技術(shù)以及一次成形技術(shù)的發(fā)展,模具承受著更大的載荷。往往由于鋼材的強(qiáng)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(yīng)具有較高的強(qiáng)度,這是模具零部件首先應(yīng)滿足的基本要求。
2.反映冷作模具材料的斷裂抗力指標(biāo)是溫室下的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)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(qiáng)度。為確保模具在使用過程中不發(fā)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(yīng)力。
3.熱作模具的工作對象是高溫軟化狀態(tài)的坯料,故所受的工作應(yīng)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(huì)受熱而軟化,因此模具的表面層需要有足夠的高溫強(qiáng)度,在工作溫度下能保持模具形狀和尺寸的穩(wěn)定性。
4.影響強(qiáng)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(nèi)應(yīng)力狀態(tài)等都對強(qiáng)度有顯著影響。因此,根據(jù)使用條件合理地選擇模具材料的化學(xué)成分、組織狀態(tài)和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕塬@得最佳的強(qiáng)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(biāo)。它是表征材料的彈性、塑性、形變強(qiáng)化率、強(qiáng)度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標(biāo)。另一方面,因?yàn)橐苯訙y得實(shí)際模具零件的各種力學(xué)性能指標(biāo)較困難,所以一般是利用硬度和強(qiáng)度之間存在的一定關(guān)系,通過硬度來間接地表征材料的強(qiáng)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(yīng)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(shù)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(wěn)定的能力,這是熱作模具和重載冷作模具的重要性能指標(biāo),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(xué)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(shí)驗(yàn)法是布氏硬度實(shí)驗(yàn)法、洛氏硬度實(shí)驗(yàn)法和維氏硬度實(shí)驗(yàn)法。
(三)塑性
塑性是材料在某種給定載荷下產(chǎn)生不可逆永久變形的能力。對于大多數(shù)的工程材料,當(dāng)其應(yīng)力低于比例極限(彈性極限)時(shí),應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是線性的,表現(xiàn)為彈性行為,也就是說,當(dāng)移走載荷時(shí),其應(yīng)變也完全消失。而當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后,發(fā)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(jià)金屬材料塑性的指標(biāo)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(jù)通過沖擊試驗(yàn)來測定。常以沖擊吸收能量或沖擊韌度來評定。
(五)疲勞強(qiáng)度
金屬疲勞強(qiáng)度的影響因素很多,如鋼的化學(xué)成分、鋼材的冶金缺陷、模具的表面質(zhì)量、受力狀態(tài)及周圍介質(zhì)等。因此,注重模具材料的選擇、合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)避免應(yīng)力集中、降低表面粗糙度值(進(jìn)行表面滾壓、噴丸處理)、進(jìn)行表面熱處理等,可以提高模具的疲勞強(qiáng)度。