模具的力学性能要求(2)
在拉伸曲线图上有一个特殊点，当拉力到达这一点时，试棒在拉力不增加或有所下降情况下发生明显伸长变形，这种现象称为屈服。这时的应力称为这种材料的屈服点。而当外力去除后不能恢复原状的变形，这部分变形被保留下来，成为永久变形，称为塑性变形。屈服点是衡量模具钢塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。对模具材料要求具有高的屈服强度，如果模具产生了塑性变形，那么模具加工出来的零件尺寸和形状就会发生变化，产生废品，模具也就失效了。
塑性
淬硬的模具钢塑性较差，尤其是冷变形模具钢，在很小的塑性变形时即发生脆断。衡量模具钢塑性好坏，通常采用断后伸长率和断面收缩率两个指标表示。
断后伸长率是指拉伸试样拉断以后长度增加的相对百分数，以δ表示。断后伸长率δ数值越大，表明钢材塑性越好。热模钢的塑性明显高于冷模钢。
断面收缩率是指拉伸试棒经拉伸变形和拉断以后，断裂部分截面的缩小量与原始截面之比，以ψ表示。塑性材料拉断以后有明显的缩颈，所以ψ值较大。而脆性材料拉断后，截面几乎没有缩小，即没有缩颈产生，ψ值很小，说明塑性很差。
韧性
韧性是模具钢的一种重要性能指标，韧性决定了材料在冲击试验力作用下对破裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆断的危险性越小，热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾向，冲击韧度试验具有重要意义。
冲击韧度是指冲击试样缺口处截面积上的冲击吸收功，而冲击吸收功是指规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。冲击试验有夏比U形缺口冲击试验(试样开成U形缺口)、夏比V形缺口冲击试验(试样开成V形缺口)以及艾式冲击试验。
影响冲击韧度的因素很多。不同材质的模具钢冲击韧度相差很大，即使同一种材料，因组织状态不同、晶粒大小不同、内应力状态不同冲击韧度也不相同。通常是晶粒越粗大，碳化物偏析越严重(带状、网状等)，马氏体组织越粗大等都会促使钢材变脆。温度不同，冲击韧度也不相同。一般情况是温度越高冲击韧度值越高，而有的钢常温下韧性很好，当温度下降到零下20～40℃时会变成脆性钢。
为了提高钢的韧性，必须采取合理的锻造及热处理工艺。锻造时应使碳化物尽量打碎，并减少或消除碳化物偏析，热处理淬火时防止晶粒过于长大，冷却速度不要过高，以防内应力产生。模具使用前或使用过程中应采取一些措施减少内应力。
特殊性能要求
由于模具种类繁多，工作条件差别很大，因此模具的常规性能及相互配合要求也各不相同，而且某种模具实际性能与试样在特定条件下测得的数据也不一致。所以，除测定材料的常规性能外，还必须根据所模拟的实际工况条件，对模具使用特性进行测量，并对模具的特殊性能提出要求，建立起正确评价模具性能的体系。
对热作模具必须测试在高温条件下的硬度、强度和冲击韧度。因为热作模具是在某一特定温度下服役，在室温下测定的性能数据，当温度升高时要发生变化。性能变化趋势和速率相差也很大，如A种材料在室温下硬度虽比材料B高，但随温度上升，硬度下降显著，到达—定温度后，硬度值反而会低于材料B。那么，当在较高温度工作条件下要求耐磨性高时，就不能选用A种材料，而需选用室温下硬度值虽较低但随温度上升，硬度下降缓慢的材料B。
对热作模具除要求室主高温条件下的硬度、强度、韧性外，还要求具有某些特殊性能。
热稳定性
热稳定性表征钢在受热过程中保持金相组织和性能的稳定能力。通常，钢的热稳定性用回火保温4h，硬度降到45HRC时的最高加热温度表示。这种方法与材料的原始硬度有关，有资料将达到预定强度级别的钢加热，保温2h，使硬度降到一般热锻模失效硬度35HRC的最高加热温度定为该钢稳定性指标。对于因耐热性不足而堆积塌陷失效的.热作模具，可以根据热稳定性预测模具的寿命水平。
回火稳定性
回火稳定性指随回火温度升高，材料的强度和硬度下降快慢的程度，也称回火抗力或抗回火软化能力。通常以钢的回火温度-硬度曲线来表示，硬度下降慢则表示回火稳定性高或回火抗力大。回火稳定性也是与回火时组织变化相联系的，它与钢的热稳定性共同表征钢在高温下的组织稳定性程度，表征模具在高温下的变形抗力。
断裂抗力
除常规力学性能如冲击韧度、抗压强度、抗弯强度等一次性断裂抗力指标外，小能量多次冲击断裂抗力更切合冷作模具实际使用状态性能。作为模具材料性能指标还包括抗压疲劳强度、接触疲劳强度等。这种疲劳断裂抗力指标是由在一定循环应力下测得的断裂循环次数，或在一定循环次数下导致断裂的载荷来表征的。关于是否把断裂韧度作为冷作模具材料的一项重要处能指标，尚待研究和探讨。
抗咬合能力及抗软化能力
抗咬合及抗软化能力分别表征了模具对发生“冷焊”及承载时因温度升高对硬度、耐磨性助抵抗能力。
热疲劳抗力及断裂韧度
热疲劳抗力表征了材料热疲劳裂纹萌生前的工作寿命和萌生后的扩展速率。热疲劳通常以20℃—750℃条件下反复加热冷却时所发生裂纹的循环次数或当循环一定次数后测定裂纹长度来确定。热疲劳抗力高的材料不易发生热疲劳裂纹，或当裂纹萌生后，扩展量小、扩展缓慢。断裂韧度则表征了裂纹失稳扩展抗力，断裂韧度高，则裂纹不易发生失稳扩展。
高温磨损与抗氧化性能
高温磨损是热作模具主要失效形式之一，正常情况下，绝大多数锤锻模及压力机模具都因磨损而失效。抗热磨损是对热作模具的使用性能的要求，是多种高温力学性能的综合体现。现在国内已有单位在自制的热磨损机上进行模具热磨损试验，收到较理想的试验效果。
实际使用表明，模具材料抗氧化性能的优劣，对模具使用寿命影响很大。因氧化会加剧模具工作过程中的磨损，导致模具型腔尺寸超差而报废。氧化还会使模具表面产生腐蚀沟，成为热疲劳裂纹起源.加剧模具热疲劳裂纹的萌生与扩展。因此，要求模具具备一定的抗氧化性能。
对冷作模具钢除常规力学性能外，还常要求具有下列性能：
耐磨性能，断裂抗力，抗咬合计抗氧化能力。
耐磨损性能
冷作模具服役时，被成形的坯料会沿着模具表面既滑动又流动，在模具与坯料间产生很大摩擦力。这种摩擦力使模具表面受到切应力作用，在其表面划刻出凹凸痕迹，这些痕迹与坯料不平整表面相咬合，逐渐在模具表面造成机械破损即磨损。冷作模具，特别是正常失效的冷作模具，多数因磨损而报废。因此，对冷作模具最基本的要求之一就是耐磨性。一般条件下材料硬度越高，耐磨性越好。但耐磨性与在软基体上存在的硬质点的形状、分布也有很大关系。
冷作模具的磨损包括磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损与疲劳磨损。
