模具为什么要用模具钢材

  模具在我们生活中可能不是很常见，但是由模具制成的产品在我们的生活中随处可见，小到一支笔，大到汽车、飞机里的配件绝大部分都是用模具生产而成，基本上只要是有固定形状，需要大批量生产，都可以用模具来完成。制品常见的成型方式有注塑模、冷冲、压铸等等，每一种模具其生产的条件不一样，对模具钢材的性能要求也不一样。例如对于冷冲模具来说，硬度、耐磨性、冲击韧性是主要指标；对于注塑模具来说，耐磨性能、热处理变形小、打磨、抛光性能好等等是主要指标；对于热作模具钢来说，耐高温强度、红硬性、耐冲击韧性是主要指标，每一种性能指标都有其特定的测量方式和单位，而材料性能的好坏，则正是通过各种技术指标来体现的，今天，金华洲模具钢材公司就给大家介绍一下材料中常见的重要的性能指标：

1 硬度

指材料抵抗硬物压入其表面的能力，实际用于测量硬度的硬度计，使用较多的有洛式硬度计、里氏硬度计、布氏硬度计，每种硬度计的使用对工件的厚度、表面光洁度、工件的放置及测量的部位、点与点之间的间隙等都有不同的要求，不同的硬度计还有不同的测量范围，使用者需要根据工件的形状和大致的硬度，选择合适的硬度计，并严格按照标准要求和流程，避免产生人为误差。例如大家常用的里氏硬度计，受电力、磁力、工件的厚度、压头的磨损情况、材质、材料带状的方向、材料的弹性、塑性等等因素的影响，所以一般里氏硬度计测量结果只作为参考。另外技术资料上所公布的预硬材料的硬度都是指表面硬度，不同材质、不同公司的产品心部硬度会有区别；

2 成分

成分是影响材料性能非常重要的指标，其含量都会明确标注并有合理的上下偏差的范围，以技术资料公布数据为准，一般用光谱仪来测量。请注意：光谱仪主要是用来测量金属元素，非金属元素若使用光谱仪测量，会产生巨大偏差；

3 夹杂物

夹杂物主要有两个指标：一个是夹杂物的数量，一个是夹杂物的尺寸。可以在金相显微镜下按标准进行评级，夹杂物属于有害物质，会对材料不同的性能造成不同程度的影响。抛光、蚀纹、电火花、线切割等加工有可能受夹杂物影响直接导致质量异常，要求夹杂物在钢材中越少越好，越小越好；

4 组织均匀性

样品在金相显微镜下腐蚀后可见，不同的材质、不同的厚度其对应的评级标准一致，但有的材质不同厚度级别要求会不一样，组织的不均匀性会显著影响到材料的力学性能、抛光性、蚀纹性、加工性；

5 耐腐蚀性能

模具在使用的过程中经常会出现各种各样的腐蚀，除了跟外界的环境有关之外，材料本身的抗腐蚀性能也很重要，主要影响指标是成分及夹杂物含量，同时与材料组织均匀性也有一定关系，可以通过失重法来进行测量；

6 耐磨性

主要跟硬度及成分有关，反映材料抵抗磨损的能力，同时跟磨擦材料有一定关系，可以用磨损试验法进行测量；

7 加工性能

反映材料在塑性变形的过程中不发生破坏的变形能力，分为应力状态的可加工性及内在可加工性两种，主要与材料的成分、硬度、夹杂物含量、内在的微观组织、硬度、强度、韧性、塑性导热性等有关；

8 导热性

就是物质传导热量的性能，资料上都有明确标注，主要是受材质的种类及合金含量的影响，纯金属的导热性大致顺序如下：银>铜>金>铝>铁>锡>铅；

9 热膨胀性能

材料受热时随温度变化而产生体积变化的性能，资料上有明确标注；

10 烧焊性能

与碳当量有关，C当量[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，从此公式可以看出，影响烧焊性能的主要是碳，其它的合金元素也是有影响的；

11 冲击韧性

反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般有冲击韧性值或冲击功来表示。夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使冲击韧性值明显降低，可以看出，对于要求高韧性的压铸模具来说，原材的质量及热处理的质量是相当关键的。任何一个指标不好，都会影响到材料的冲击韧性，冲击韧性差的材料裂纹扩展速度快，冲击韧性是压铸模具非常重要的技术指标，可用冲击试验机进行测量，有无缺口、V型缺口、U型缺口3种测试标准；

12 弹性

物体受外力发生形变，去除外力能回复原来外形的能力，也称为弹性变形；

13 塑性

物体受力破坏前承受的最大的塑性变形的能力，也称为塑性变形，发生在弹性变形之后，此时的变形是不可回复的，塑性变形达到一定的程度，材料就会出现裂纹，主要性能指标有延伸率和断面收缩率两个指标，可用材料试验机进行测量；

14 刚性

材料在外力作用下不发生变形的能力，也可以理解为抵抗变形的能力，实际生活中，不存在完全不变形的物体；

15 杨氏弹性模量

根据胡克定律，在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，比值被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性，杨氏模量越大，越不容易发生形变；

16 抗拉强度

材料断裂前所承受最大的应力称为抗拉强度，反映材料抵抗破坏的能力，可用材料试验机进行测量，抗拉强度实际上反映材料最大的承载能力。对于脆性材料，抗拉强度即是材料的断裂强度；而对于韧性材料而言，抗拉强度则不能作为设计参数，因为在此最大强度之前，工件已出现明显的变形或者微裂纹，工件已经失效；

17 屈服强度

反映材料抵抗永久变形的能力，通常作为固体材料力学机械性能的指标，是材料的实际使用极限。超过屈服强度以后，材料被破坏，无法正常使用，可通过材料试验机进行测量。实际使用中，因为内应力、结构、表面缺陷、温度、外应力等因素的影响，工件往往未达到屈服强度就已经失效；

18 可锻性

材料有热塑性，可在加热的状态下进行压力加工，改变形状而不产生裂纹的性能；

19 可铸性

材料用铸造的方法获得合格铸件的能力，用液体的流动性、收缩率及偏析趋势来表示；

20 疲劳

在交变应力（在工作状态中各点随时间作周期性的变化的应力）的作用下，虽然材料所承受的应力远低于材料的屈服点，但经过较长时间后产生裂纹或突然断裂的现象则称为疲劳。疲劳实际上是材料发生塑性变形而导致的微裂纹，通常在应力集中部位产生，与材料的屈服强度、细微的晶粒组织、应力的大小、温度、表面光洁度、工件的尺寸、原材缺陷、及腐蚀介质、残余应力等等有关。提高原材料的质量、配合优质的热处理、合理的外形、高光洁度、高的表面强度，设法减小应力集中，可以提高工件的疲劳强度。注意：抗拉强度越高的钢材，加工方法对其疲劳性能的影响越大，不允许有表面缺陷的存在，否则会使的材料疲劳极限显著降低；     

目前在压铸模中大部分区域表面质量正常，但常常会有放电加工变质层不容易完全去除而形成表面缺陷，大大降低模具的疲劳极限，使模具在使用中容易出现早期R角裂纹，从加工方面来讲，尽量避免放电加工或者用较小电流加工以形成较浅的容易去除的变质层是减小模具早期R角裂纹非常重要的加工方法；

21 热疲劳

指金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环而产生的疲劳破坏现象，典型的表面疲劳裂纹是龟裂状。裂纹起源于表面，裂纹扩展的深度与应力、时间及温差变化相对应。影响的因素主要有温度梯度、变化的频率、组织的均匀性、晶粒度、材料的塑性、韧性、工件的形状结构对金属的膨胀或收缩约束性等等，大家平时所熟知的韧性越差、材料龟裂扩展的速度就越快；

22 蠕变

一般发生在高温，金属在低于屈服点应力的作用下，缓慢而持续不断的增加材料的塑性变形的过程。蠕变达到一定的程度，导致材料严重变形、裂纹或者开裂等失效方式，形成的速度与材质、温度、应力的大小、受应力的时间、夹杂物的含量等有关；

23 其它强度

根据工件实际情况，还可测量材料的抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、抗扭强度等等，以确认能达到生产的需要；

24 等向性

这是一个材料综合性能的体现，材料长度、宽度、厚度三个方向的力学性能基本一致，当然组织结构也会基本一致。锻打的材料不可能做到完全的等向，而在实际使用中，很难保证力学性能最好的方向用在结构最薄弱的位置上，不过，金华洲公司的锻打模块质量，使得材料３个方向的力学性能可以控制在10％左右，大大降低模具在使用中开裂的风险；

总结    

材料的多种性能在材料试验机上测量，附一张材料试验机测量时的应力应变曲线，记录材料在从开始加载到断裂的应力及应变的变化的情况。不同的阶段有详细的说明，材料在受力过程中发生的大致变化为：弹性变形－屈服－塑性变形、硬化－裂纹－断裂，在实际使用过程中，既要延长模具初始裂纹产生的时间，又要减缓裂纹扩展的速度，使用优质的材质（高温强度高、韧性好）、合格的热处理、合理的生产工艺、必要的维护保养是必不可少的。