模具材料的性能要求

对模具材料有哪些性能要求呢？这要分别从各种模具在使用以及制作模具时的       性能要求来考虑。

因为模具的形成方式及加工对象材料多种多样，所以对模具的性能要求较多，       此外还有精度和可靠性能要求。因此，模具的制作加工成本较高。鉴于此，模具材料是否易于制作加工模具的性能也显得十分重要。

                （一） 模具材料的基本性能

 根据模具加工对象材料的种类，成形方法和温度等的不同，对模具的性能要求      也有所不同，应首先对其基本性能予以充分了解。一般来说，要想得到较长的使用寿命，需要通过硬化等来提高模具的强度及耐磨性。别一方面，提高强度有容易产生开裂和崩角，因此掌握好二者的平衡至关重要。在此，本文先就模具材料的基本性能加以阐述。

  1  显微组织（Microstructure）

     用作模具材料的工模具钢，其性能受其组成（化学成分）和显微组织的影响。   用显微镜观察到微观世界称为显微组织。这里已冷作模具钢为例进行介绍。图一所示为冷作模具钢SKID11在淬火和回火后的显微组织示意图。基本(Matrix)上分布着碳化物（Carbidrs），碳化物分为成熔融状态凝固时分析出的粗大碳化物及球化退火时析出的微细碳化物两种。基本的化学成分约为0.5%C-7.5%Cr-1%Mo-0.3%V,由硬度达700~740HV的硬质组织残留奥氏体构成。

        图一 (冷作模具钢SKD11在淬火回火后的显微组织示意图)

    与SKD11钢的组成相比，基体的各化学成分均有所减少，其余的合金元素则存在于碳化物之中。在此形成的碳化物形式为（Fe,Cr,Mo）7C3,以约15%的面积比分散于基本当中。这是一种硬质基体中分布着坚硬碳化物颗粒的高耐磨组织。

     工模具钢的化学成分决定着热处理后的基体组成，其基体组成又影响着强度和韧性等性能。图2为典型的碳素工具钢SK105，冷作模具钢SKD11和高速工具钢SKH51的化学组成（1,2）。这是把碳化物经电解提取后进行分析，然后根据总成分计算的结果。另外，如今利用热力学数据和计算状态也能算出。

       图二 碳素工具钢SK105，冷作模具钢SKD11和

        高速工具钢SKH51的化学组成

    基体的组成决定着种种性能。例如，含炭量决定着硬质，淬透性，强韧性及耐热性等，其他性能又取决于Mn,Ni,Cr,Mo,W等合金元素含量。

    碳化物是称作碳化物形成元素，即易与炭原子结合的合金元素与炭形成的化合物，分为很多种。Cr,Mo,W,V,Ti等是具有代表性的碳化物形成元素。碳化物均为硬质，其种类，硬度（3）及特点见表图2。其中Fe3C（渗碳体） 是最基本的碳化物，它们与碳元素时，它们与碳元素的结合方式则有所不同，例如会变成（Fe,Cr)7C3或Fe4Mo2C等形式，常以M7C3及M6C等来表示。 

      图二（2）碳化物的种类，硬度的特点

   由表图二（2）可见，与硬度不超过1000HV工模具钢基体相比，碳化物的硬度更高，像W2C及TiC可高达3000HV.

  工模具钢的硬度取决于基体硬度，碳化物的硬度和数量。形成碳化物元素的质量分数越高，其碳化物的硬度就越大，比如与3%含量的碳素工具钢相比，5%含量的高速工具钢的硬化效果更明显。另外，其对耐磨性的贡献要大于硬化效果。