模具钢材的工艺功能：耐磨性、耐性、硬度和红硬性的重要性

模具钢材的工艺作用

1、模具钢的根本作用

在选择模具钢时，首先要考虑模具钢的一些基本性能。它必须能适应所要制造模具的需要。一般情况下，三种性能是首要的，即钢的耐磨性、韧性、硬度和红硬性。这三种性能能比较全面地反映模具钢的综合性能，应该能在一定程度上决定它的应用范围。当然，对于一个模具的要求，也许其中的一两种是首要的，而另外的一两种则是次要的。

⒈模具钢的耐磨性

模具在工作时，表面经常要与工件发生反复的剧烈碰撞，模具必须能在这种条件下保持其尺寸精度和表面粗糙度，以免过早失效。要求模具钢能承受机械磨损，在受到重载和高速碰撞时，能在受碰撞的模具表面形成一层薄而致密的氧化膜，保持润滑作用，防止模具与加工工件表面发生粘连、焊合，造成工件表面划伤，减少模具表面进一步氧化造成的损伤。为了提高模具钢的耐磨性，必须采用合理的生产加工工艺，使模具钢具有较高的硬度，使模具钢中碳化物等硬化相的成分、形貌和分布合理。当然，模具运行过程中的润滑条件和模具钢的表面处理对提高模具的耐磨性也有很好的作用。

⒉模具钢的韧性

对于承受剧烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲头、锤子的热锻模具、冷镦模具、热镦模具等，模具钢的韧性是十分重要的考虑因素。对于在高温下工作的模具，还需要考虑它们在工作温度下的耐高温性能。对于承受多向冲击载荷的模具，还需要考虑它们的各向同性。模具钢的化学成分、晶粒大小、碳化物、成分数量、夹杂物的描述、尺寸与分布：金相组织、微观偏析等都会影响模具钢的韧性。钢的纯净度以及锻造、轧制变形的方向对横向性能会有很大影响。模具材料的韧性往往与耐磨性和硬度是相互矛盾的。 因此，根据模具的具体工作条件，选择合理的模具材料，并选择合理的冶炼、热加工与热处理、表面处理等工艺，使模具钢获得耐磨性、韧性等综合性能的最佳组合，以适应模具的需要，是发展模具钢的重要途径。

⒊硬度和红硬性

硬度是模具钢的首要技术性能指标，模具在工作过程中必须具有较高的硬度和强度，以保持其原有的形状和尺寸。一般冷作模具钢要求其淬火回火硬度在HRC60左右，热作模具钢则在HRC45~50左右，并且要求热作模具钢在其工作温度下保持一定的硬度。红硬性是指模具钢在一定温度下保持其硬度和组织稳定性以及抵抗软化的能力，对于热作模具钢和一些重载冷作模具钢是一项重要的性能指标。另外，还应根据不同模具的实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能。例如，对于热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能，对于压铸模要考虑其抗熔融金属的冲蚀性能；对于重载型腔模，应注意其各向同性性能；对于在高温下工作的热作模具，要考虑其在工作温度下的抗氧化性能； 对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其防腐性能；对于在高负荷下工作的模具，应考虑其抗压强度、抗拉强度和弯曲强度、疲劳强度和开裂韧性。

㈡模具钢的工艺功能

在模具生产总成本中，特别是小型精密复杂模具，模具材料费用往往只占总成本的10%～20%，有时甚至不到10%；而机械加工、热处理、表面处理、装配、管理等费用却占到成本的80%以上。因此，模具材料的工艺功能已成为影响模具成本的重要因素。提高模具的工艺功能，不仅可以简化模具生产工序，使制作更加容易，而且可以有效降低模具生产成本。模具材料的工艺功能常从以下几个方面来考虑。

⒈加工性

模具材料的切削加工性包括冷加工性能，如切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉加工性能等，热加工性能包括热塑性和加热温度范围等。模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，冷加工性能和热加工性能一般都不太好，在生产过程中，一方面要严格控制热加工和冷加工的工艺参数，防止产生缺陷和废品。另一方面要提高钢的纯净度，减少有害杂质，改善钢的组织状态，采取一些措施，改善钢的工艺性能，降低模具的生产成本。为了改善模具钢的切削加工性能和磨削性能，从20世纪30年代开始，人们开始研究在钢中添加适量的硫、铅、钙、稀土金属等元素或使模具钢中的碳发生石墨化的元素，开发了各种易切削模具钢。 后来人们发现，加入某些易切削元素后，模具钢中会产生一些有害夹杂物(如硫化铁等)，使钢的力学性能，特别是横向塑性和韧性降低。因此，在精炼后期对钢水进行变性处理，通过加入变性剂(如SiCa、稀土元素等)，使硫化物形成富钙硫化物或稀土硫化物，使硫化物球化，抑制了硫对钢力学性能的不良影响，而保留并发挥了其对钢的切削加工性和磨削性的有益作用，使易切削模具钢得到了进一步的发展。有些模具材料，如高钒高速钢、高钒高合金模具钢，磨削性差，磨削比低，不便于磨削加工。 近年来，采用粉末冶金生产，可使钢中的碳化物细小而均匀，完全消除了普通工艺生产的高钒模具钢中的大颗粒碳化物，不但大大提高了该类钢的可磨削性，而且提高了钢的塑性、韧性等性能，使其在模具制造中得到推广应用。有些模具对表面粗糙度要求很低，如塑料模具和一些需要镜面抛光的冷作模具，就必须选用抛光性能好的模具材料，这类钢常采用电渣重熔或真空电弧重熔工艺，以获得高纯净度的钢，以满足镜面抛光的要求。

（1）纹路加工：有些塑料制品要求在表面制作皮纹、装饰花纹或者文字图案。为了制作这些制品，就要求在制约这些制品的模具表面加工出相应的清晰的花纹和图案。加工这些花纹和皮纹一般采用化学蚀刻工艺，模具材料必须能适应这种化学蚀刻工艺，经过蚀刻后，在模具表面便可得到花纹、线条清晰的皮纹和图案。

（2）铸造工艺性能：为了简化生产工序，近年来国内外都致力于利用铸造技术直接生产出接近成品模具形状的铸造毛坯。如我国就研究利用铸造技术生产一些冷作模具、热作模具和玻璃成型模具。相应地开发了一些铸造模具用钢，而这类材料要求具有良好的铸造工艺性能，如流动性、收缩率等。