热作模具材料的使用性能要求优化

各种热作模具在工作过程中差异很大，它们的工作温度、载荷性质千差万别，而且任何一种模具不可能同时具有极高的热强性、耐磨性、断裂抗力、抗热疲劳性能等。在选择模具钢时，只能抓住模具最关键的性能要求，进行优先保证，再兼顾其他各项性能进行选材。

1）评价热作模具的技术指标

①室温硬度、高温硬度：用以评价耐磨性和变形抗力。

②室温拉伸强度、高温拉伸强度：用以评价静载断裂抗力。

③室温冲击韧性、高温冲击韧性：用以评价冲击断裂抗力。

④长期保温后的硬度变化：用以评价抗回火能力及热稳定性。

2）热作模具材料的基本特性

为满足热作模具的使用要求，热作模具材料应具备下列基本特性：

（1）机械疲劳裂纹扩展速率

机械疲劳裂纹扩展速率可反映热疲劳裂纹萌生后，在锻压力的作用下向内部扩展时，每一应力循环的扩展量。机械疲劳裂纹扩展速率小的材料，每锻压一次裂纹的扩展量也少，表明裂纹扩展得很慢。

（2）断裂韧性(www.xing528.com)

断裂韧性反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料，其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的应力或较大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深才能发生失稳扩展。

（3）变形抗力

模具钢的变形抗力反映了模具的抗堆塌能力。为了保证热作模具钢在较高的温度下工作，应保证模具钢具备较高的抗回火能力、热稳定性和高温强度。

（4）断裂抗力

由于热作模具钢的断裂过程是一种疲劳断裂，因此，热作模具钢的断裂抗力包括萌生疲劳裂纹的抗力、疲劳裂纹亚临界扩展的抗力和裂纹失稳扩展的抗力。

萌生疲劳裂纹的抗力与热疲劳抗力关系密切。疲劳裂纹亚临界扩展的抗力可采用裂纹扩展速度da／dN9（mm／次）表示，它表示每一次应力循环裂纹的扩展长度。裂纹失稳扩展的抗力通过材料的断裂韧性Kic表示。

（5）抗热疲劳能力

抗热疲劳能力可以反映热疲劳裂纹萌生前的工作寿命。抗热疲劳能力高的材料，萌生热疲劳裂纹的循环次数较多。抗热疲劳能力决定了在疲劳裂纹萌生前的那部分寿命，可以决定裂纹萌生后，发生亚临界扩展的那部分寿命。抗热疲劳能力可以用萌生热疲劳裂纹的循环数，或者经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均深度（或长度）表示。影响抗热疲劳能力的因素主要有：模具钢的热导率、线（膨）胀系数、屈服强度、抗高温氧化能力、硬度、冶金质量、合金元素以及热处理工艺等。

热作模具应具备高的抗热疲劳能力、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值，不能仅根据材料的σb指标来选择钢种和选择热处理工艺，以免出现选用热作模具钢材谬误。