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    [推薦]熱作模具鋼的使用性能要求

     

    各種熱作模具鋼在工作過程中差異很大,它們的工作溫度、載荷性質(zhì)千差萬別,而且任何一種模具鋼也不可能同時具有極高的熱強(qiáng)性、耐磨性、斷裂抗力、抗熱疲勞性能等。在選擇模具鋼時,只能抓住模具最最關(guān)鍵的性能要求,進(jìn)行優(yōu)先保證,其次再兼顧其他各項性能進(jìn)行選材。熱作模具鋼采用以下技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價。
    ①室溫硬度、高溫硬度:用以評價耐磨性和變形抗力。
    ②室溫拉伸強(qiáng)度、高溫拉伸強(qiáng)度:用以評價靜載斷裂抗力。
    ③室溫沖擊韌性、高溫沖擊韌性:用以評價沖擊斷裂抗力。
    ④長期保溫后的硬度變化:用以評價抗回火能力及熱穩(wěn)定性。
    ⑤機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率:可反映熱疲勞裂紋萌生后,在鍛壓力的作用下向內(nèi)部擴(kuò)展時,每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量。機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率小的材料,每鍛壓一次裂紋的擴(kuò)展量也少,這表明裂紋擴(kuò)展得很慢。
    ⑥斷裂韌性:反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料,其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展,必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子,也就是必須有較大的應(yīng)力或較大的裂紋長度。在應(yīng)力恒定的前提下,在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋,如果模具材料的斷裂韌性值較高,則裂紋必須擴(kuò)展得更深,才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。
    ⑦變形抗力:模具鋼的變形抗力反映了模具的抗堆塌能力。為了保證熱作模具鋼在較高的溫度下工作,應(yīng)保證模具鋼具備較高的抗回火能力、熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度。
    a.抗回火能力:鋼的抗回火能力除與碳化物的熱穩(wěn)定性的基本的再結(jié)晶溫度有關(guān)外,還取決于鋼在回火時的二次硬化效應(yīng)的大小。
    b.熱穩(wěn)定性高的碳化物,自馬氏體組織中析出的溫度和聚集長大的溫度均高,這不僅提高了馬氏體的分解溫度,同時,使自馬氏體中析出的碳化物難以聚集長大,經(jīng)高溫回火后,仍能保持高的彌散度。這種現(xiàn)象主要是由于在回火時,合金元素妨礙鋼中各種元素的擴(kuò)散,因而延遲馬氏體分解和碳化物聚集。
    V、W、Ti、Cr、Mo等強(qiáng)碳化物形成元素,對回火過程中的延遲作用特別顯著。Co、Si雖不形成碳化物,但均對滲碳體晶核的形成和長大,產(chǎn)生強(qiáng)烈的延遲作用。因此,Co、Si含量較高時,可以允許在較高溫度回火,也不致產(chǎn)生鋼的軟化。
    高熔點(diǎn)金屬如W、Mo等固溶于鐵素體中,能明顯提高再結(jié)晶溫度,對提高鋼的抗回火能力有良好的作用。熱作模具鋼的二次硬化效應(yīng)與鋼中合金元素的類別和數(shù)量有關(guān)。V、Mo、W、Cr依次由強(qiáng)烈到弱影響鋼的二次硬化效應(yīng)。由于回火時大量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,使鋼的硬度升高,也會引起鋼的二次硬化效應(yīng)。
    c.高溫強(qiáng)度:在高溫下保持高硬度的能力,主要取決于鋼中馬氏體的熱穩(wěn)定性及碳化物的熱穩(wěn)定性。鋼中加入大量的鉻、鎢、鉬、釩等元素后,一部分溶入基體中,將增加基體的高溫強(qiáng)度,另一部分可與碳結(jié)合成特殊碳化物,具有很高的抗聚集能力。
    ⑧斷裂抗力:由于熱作模具鋼的斷裂過程是一種疲勞斷裂,因此,熱作模具鋼的斷裂抗力包括萌生疲勞裂紋的抗力、疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的抗力和裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。
    萌生疲勞裂紋的抗力與熱疲勞抗力關(guān)系密切。疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的抗力可采用裂紋擴(kuò)展速度da/dN9(mm/次)表示,它表示每一次應(yīng)力循環(huán),裂紋的擴(kuò)展長度。裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力通過材料的斷裂韌性Kic表示。
    ⑨抗熱疲勞能力:可以反映熱疲勞裂紋萌生前的工作壽命。抗熱疲勞能力高的材料,萌生熱疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)較多。抗熱疲勞能力決定了在疲勞裂紋萌生前的那部分壽命,可以決定裂紋萌生后,發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。抗熱疲勞能力可以用萌生熱疲勞裂紋的循環(huán)數(shù),或者經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均深度(或長度)表示。影響抗熱疲勞能力的因素主要有:模具鋼的熱導(dǎo)率、線(膨)脹系數(shù)、屈服強(qiáng)度、抗高溫氧化能力、硬度、冶金質(zhì)量、合金元素以及熱處理工藝等。
    熱作模具鋼應(yīng)具備高的抗熱疲勞能力、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值,不能僅根據(jù)材料的σb指標(biāo)來選擇鋼種和選擇熱處理工藝,以免出現(xiàn)選用熱作模具鋼材謬誤。
    盡管錘鍛模的加載速度與一次沖擊試驗的加載速度相近,必須評價錘鍛模具鋼的一次沖擊韌性值,但是,大多數(shù)模具在斷裂前已發(fā)生熱力機(jī)械疲勞裂紋,斷裂往往是疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所造成。所以,對熱作模具鋼應(yīng)同進(jìn)行一次性試驗,和增加反映疲勞過程的試驗考核項目。

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