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热作模具钢的使用性能要求

发布时间:2021-01-05 11:29人气:

  热作模具钢的使用性能要求

 

  各种热作模具钢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,而且任何一种模具钢也不可能同时具有***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******关键的性能要求,进行优先保证,其次再兼顾其他各项性能进行选材。热作模具钢采用以下技术指标进行评价。
 
  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。
 
  ⑤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,这表明裂纹扩展得很慢。
 
  ⑥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。
 
  ⑦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。
 
  a.抗回火能力:钢的抗回火能力除与碳化物的热稳定性的基本的再结晶温度有关外,还取决于钢在回火时的二次硬化效应的大小。
 
  b.热稳定性高的碳化物,自马氏体组织中析出的温度和聚集长大的温度均高,这不仅提高了马氏体的分解温度,同时,使自马氏体中析出的碳化物难以聚集长大,经高温回火后,仍能保持高的弥散度。这种现象主要是由于在回火时,合金元素妨碍钢中各种元素的扩散,因而延迟马氏体分解和碳化物聚集。
 
  V、W、Ti、Cr、Mo等强碳化物形成元素,对回火过程中的延迟作用特别显著。Co、Si虽不形成碳化物,但均对渗碳体晶核的形成和长大,产生强烈的延迟作用。因此,Co、Si含量较高时,可以允许在较高温度回火,也不致产生钢的软化。
 
  高熔点金属如W、Mo等固溶于铁素体中,能明显提高再结晶温度,对提高钢的抗回火能力有良好的作用。热作模具钢的二次硬化效应与钢中合金元素的类别和数量有关。V、Mo、W、Cr依次由强烈到弱影响钢的二次硬化效应。由于回火时大量残余奥氏体转变为马氏体,使钢的硬度升高,也会引起钢的二次硬化效应。
 
  c.高温强度:在高温下保持高硬度的能力,主要取决于钢中马氏体的热稳定性及碳化物的热稳定性。钢中加入大量的铬、钨、钼、钒等元素后,一部分溶入基体中,将增加基体的高温强度,另一部分可与碳结合成特殊碳化物,具有很高的抗聚集能力。
 
  ⑧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。
 
  ⑨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。
 
  热作模具钢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。
 
  尽管锤锻模的加载速度与一次冲击试验的加载速度相近,必须评价锤锻模具钢的一次冲击韧性值,但是,大多数模具在断裂前已发生热力机械疲劳裂纹,断裂往往是疲劳裂纹失稳扩展所造成。所以,对热作模具钢应同进行一次性试验,和增加反映疲劳过程的试验考核项目。

 

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