我国热作模具钢性能数据集

械工业部技术发展基金委员会“的科技成果，曾获国家科技进步二等奖。该研究工作由北京机电研究所、上海材料研究所、华中理工大学三个单位的15位研究人员（陈蕴博李平安、施占华、朱宗元等）共同完成，参与协作的企业有20余家的很小部分，与以往各种材料手册相比，除个别数据注明是采集的以外，所有数据均为自行测试其主要特点是把国内钢厂生产和我国工业应用的25种（其中有7种实测部分数据热作模具钢，在相同的试样基金项目：原机械工业部技术发展基金资助项目（8850601）尺寸、机械加工方法热处理工艺、试验设备和测试方法以及相同的评判标准等条件下进行工作，因此各钢种的性能数据有其可比性，更适宜有关专业人员作为热模具选材和用材的依据为了让广大企业更便于查阅和应用，现将该成果的性能数据和分析以钢种为单位分篇连续介绍，希望能对工厂企业在热作模具材料的应用和选材上起一点微薄的作用。

　　2试样尺寸、测试方法和评判标准力学性能特殊性能和工艺性能的试样状态，除了特意注明退火或其它状态外，均为淬火+回火状态其区别是经淬火+二次回火后，最终硬度在47 44HRC范围，目的是考核在生产实际应用中热作模具常用的二种硬度对各种性能的影晌2.1室温与高温力学性能热作模具在工况条件下表面与心部温度差别很大，按模具类型和型腔结构不同，其表面温度约在550~ 750°C范围内波动；而心部温度较低，如果模具不经预热或预热不当，其温度往往与室温相当。热作模具型腔早期塑性变形失效或开裂失效与材料高温屈服强度或塑性不足有很大的关系，如失效统计表明：约有20%的锤锻模和压力机模5%~15%的铝合金压铸模85%的铜材挤压模和6%的铝材挤压模等都因强度不足产生塑性变形而失效；但也约有18%中小机锻模15%的铝合金压铸模10%的切边模、65%的铝挤压模和3%~%的铜挤压模等都因塑性不足或工艺不当而开裂另外，因材料的缺口敏感性和裂纹扩展速率等原因，加速了模具深形槽底角或燕尾R处开裂锤锻模中燕尾失效约占1C%.室温与高温拉伸室温与高温拉伸性能是材料常规性能测定项目之一，它能直观地定量表示材料的强度与塑性，在模具设计中可作为主要指标室温拉伸性能在岛津EA10型试验机上测试高温短时拉伸性能在W-10型万能试验机上测试试样在炉内保温15min，拉伸速度为1mm/min试样尺寸同上试验温度为300C600C650°C700°C按GB4338- 84进行室温与高温冲击韧性不同类型热作模具在工况条件下都要受到冲击载荷作用，所差别的是所受载荷大小。由于冲击韧性值在生产中长期使用，也结累了大量的数据，实践证明能反映材料的缺口敏感性，能较正确地反映材料的表面状态、冶金缺陷和显微组织的变化冲击试验在B30B型冲击试验机上进行。摆锤能量30试样尺寸：10mm< 55mm，夏氏V形缺口，0.25mm试验温度：室温80进行，高温冲击按GB5775-86进行。

　　室温断裂韧性由于冲击韧性值还不能正确反映热作模具失效的概率，同时也没有与设计时应力计算相结合，另外在模具制造过程中材料难免存在显微裂纹，其使用中失稳扩展往往又是模具开裂的主要原因，而断裂韧性值能反映材料裂纹体抵抗裂纹扩展的能力，所以在模具设计上被广为应用。

　　1255试验机上预制裂纹和压断。采用标准三点弯曲试样当测试结果不能满足平面应变韧性的有效判据时，进行心（的测定。幻（试验按GB4164-室温缺口拉伸性能因热作模具型腔尺寸变化很大，在光滑平面、凹槽或R角与平面交界处的拉伸性能变化较大另外，不同模具钢所含合金元素的差异，对缺口拉伸性能变化的敏感程度也有所不同，其性能可作为模具设计的依据。

　　高温硬度热作模具钢的高温硬度能反映模具材料在使用温度范围的强度和耐磨性，因此，可作为不同使用温度下热作模具选材的一个重要依据。

　　在AKASH高温硬度试验机上测试试验温度67<102加热至所需温度，保温15min后充入氩气，实测试样的硬度压痕对角长度后换算成硬度值2.2特殊性能据失效统计有65%的锤锻模和80%的压力机模都因磨损和深形槽底角开裂失效；有82%的中小机锻模由热磨损和压塌失效；轴承套圈机锻模的凹模有86%、冲头有90%以上都是热磨损失效；有15%~27%的铝材热挤压模和80%以上的切边模都因热磨损失效有60 ~70%的铝合金压铸模和95%以上的铜合金压铸模都因热疲劳开裂失效；这两类压铸模都约有5%的模腔因热熔损导致模具失效因此，模具材料的热稳定性、抗热疲劳性抗热磨损和抗熔损性等的高低都直接影响热作模具的使用寿命。

　　热稳定性能热作模具在高温高压的条件下长期工作保持其组织稳定性和力学性能的能力，将直接影响模具的使用寿命。这对高精度大批量连续生产的热作模具具有重要意义因此，热稳定性也作为不同使用温度下热作模具选材的一个重要依据在RX-4-9炉中加热，用6P-1型布洛维硬度计83进行。试样尺寸：10mm<抗氧化性能热作模具型腔表面的氧化，会加速型腔的热磨损和加剧热疲劳裂纹的萌生，从而影响模具的使用寿命另外，抗氧化性能也反映了模具钢在改锻、热处理等热加工时抵抗材料“火损”的能力。它作为材料工艺性能之一而得到重视。

　　用坩埚氧化增重法，试样尺寸：10<热疲劳性能热作模具热疲劳开裂失效占有相当大的比例研究不同热作模具钢的抗热疲劳性能，对提高模具的使用寿命有很重要的意义，同时也为正确选材提供依据。

　　在自制的Uddeholm试验机上测试，高频感应加热喷水雾冷却。试验后用10%HCl水溶液清除氧化皮用体视显微镜观察表面龟裂形貌并进行（20（次。用Uddeholm的A（网状裂纹的完整程度、密度及裂纹大小）和B（主裂纹尺寸标准综合评定热磨损性能热磨损是国产热作模具的主要失效形式，是影响模具寿命的关键因素。在压力加工过程中，热磨损效应总是存在，要想全部消除是不可能的，因而研究热作模具钢的热磨损性能，有利于延长模具的使用寿命在自制的Tittagala试验机上测试，磨擦副为对环式。试样尺寸：令38mmX令30mmX10mm由GP15-B型高频感应器直接加热冲头，冲头尺寸：范围可分8档。用32号内燃机油润滑并在自制的Thomas试验机上进行校验，试样尺寸：☆12mm用磨损失重量来评价材料热磨损性能热熔损性能失效的铝、铜压铸模上除了热疲劳裂纹外，几乎都伴随着粘铝、铜和点状熔蚀因热疲劳应力和熔蚀的交互作用，促使了模具早期失效因此，研究模具钢抗熔铝的熔损能力，有助于压铸模的选材和失效分柝在自制的Uddeholm熔损试验机上测试试样同轴转速9r/min）用尖铁棒破坏试样表面铝化膜另一种方法把不同钢种的12片试样随机均匀悬挂在夹具相同的圆周上，试样同时浸在ZL102熔融铝中进行680°（X（转速226m/min）热熔损试验试验后用20%NaOH水溶液去除表面残铝，比较试验前后的失重值热塑性磨擦系数不同的热作模具钢，因其所含合金元素的种类和含量的差异，会形成不同的合金碳化物和不同的含量，这对钢的高温强度、硬度、塑性等带来很大的影响。同样也会使模具钢在高温塑性加工过程中，热状态的金属与模具（或锻压砧块）之间的摩擦效应受到影晌因此，可作为研究热作模具钢锻造性能的补充依据在自制的Thomas试验机上测试环形试样尺试验温度1000C，保温6~8min，上下模块预热150°C，分别按变形量18%~53%将试样镦粗，实测试样内径尺寸，比较试验前后内径的变化值，按Male磨擦系数的标定曲线确定值2.3工艺性能热作模具从原材料到制成模具要经过各种冷热加工，如锻造热处理、车铣磨、刨钳研磨、电加工等工序。一般模具的加工费用约占模具成本一半以上，因此，热作模具钢的工艺性能的差异，将直接影响模具钢的推广应甩锻造成形性（高温形变抗力）各种热作模具钢在相同的热加工工艺参数条件下，材料的高温强度越低，伸长率越大，即该钢的锻造变形抗力就越小，成形性也就越妊用1000°C氧化性能评价钢的加热“火损”性。用700°CAk冲击值和800°C的力学性能调整停锻温度。

　　在高温拉伸试验机上测试试样尺寸：M12mmXmmX70mm试验温度为84进行测定，确定锻造加热温度回火稳定性（回火温度与硬度关系）回火稳定性是热作模具的基本性能，除了能反映模具在热状态下保持力学性能的能力外，还能为热处理时选择回火温度提供依据在盐浴炉和箱式炉中加热，用6P-1型布洛维硬度计按GB230- 83测试试样尺寸：h0mmX10mm试验温度在100~700C范围，分别保温2h心部性能由于较大截面模具在淬火冷却时，心部的冷却速度远小于表面，因此，其心部的组织和力学性能与油淬小试样有很大的差异。为了准确比较不同钢种所制大截面模具的心部性能，所以模拟心部的冷却方法另外，大截面锻模在使用时其心部温度往往小于300°C，所以实测室温和300°C时的力学性能时的心部与表面力学性能心部冷却速度为13°C/min试样尺寸：bmniK 50mm，试验温度为室温和55mm夏氏V型缺口在B-30A冲击试验机上按GB2106-80和GB5775-86测试（4）切削性能在模具的加工费用中，切削加工费用约占加工总费用的90%，所以热作模具钢切削性能的难易将直接影响该钢的推广应甩切削性能在装有测力仪的车床上测试试样尺200mm试样状态为退火或淬火态W18C4V2钢车刀硬度为65HRC，刀具尺寸为150mm刀具角度：前角=15、后角=8、副后角=6.5、主偏角=90、副偏角=4.热作模具钢切削力Pz（N）的大小可用下列经验公式推3铝、铜压铸模和中小机锻模选材经验公式在大量实测热作模具钢的材料性能，模具的失效分析、失效类型统计和部分模具钢的同种模具使用寿命对比试验的基础上，提出下列公式供工厂和企业在模具钢选材时3.1铝、铜压铸模选材经验公式3.中小机锻模选材经验公式用户根据本企业模具的主要失效形式和模具型腔表面的最高温度，选择该温度所对应的材料性能代入公式3.1以龟裂和开裂失效为主的模具/123.2以塌陷和磨损失效为主的模具2.3公符号的含义室温冲击C-Ak4本数据集涉及的热作模具钢（括号内钢种为实测部分数据）（未完待续）本刊启事为适应我国信息化建设需要，扩大作者学术交流渠道本刊已加入中国学术期刊（光盘版）和“中国期刊网”作者著作权使用费与本刊稿酬一次性给付。如作者不同意将文章编入该数据库，请在来稿时声明，本刊将做适当处理。