本篇文章給大家談?wù)勀＞咪撉?qiáng)度，以及鋼材的實(shí)際屈服強(qiáng)度超過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)值下限是好事還是壞事對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)各位有所幫助。

模具失效的特點(diǎn)???

模具失效

冷熱模具在服役中失效的基本形式可分為：塑性變形；磨損；疲勞；斷裂。

(1)塑性變形。

塑性變形即承受負(fù)荷大于屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的變形。如凹模出現(xiàn)型腔塌陷、型孔擴(kuò)大、棱角倒塌陷以及凸模出現(xiàn)鐓粗、縱向彎曲等。尤其熱作模具，其工作表面與高溫材料接觸，使型腔表面溫度往往超過(guò)熱作模具鋼的回火溫度，型槽內(nèi)壁由于軟化而被壓塌或壓堆。低淬透性的鋼種用作冷鐓模時(shí)，模具在淬火加熱后，對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行噴水冷卻產(chǎn)生一個(gè)硬化層。模具在使用時(shí)，如冷鐓力過(guò)大，硬化層下面的基底抗壓屈服強(qiáng)度不高，模具孔腔便被壓塌。模具鋼的屈服強(qiáng)度一般隨碳(c)的含量從某些合金元素的增多而升高，在硬度相同的情況下，不同化學(xué)成分的鋼具有的抗壓強(qiáng)度不同，當(dāng)鋼硬度為63HRC時(shí)，下列4種鋼的抗屈服強(qiáng)度由高到低依次順序?yàn)椋篧18Cr4VCr12Cr6WV5CrNiW。

(2)磨損失效。

磨損失效是指刃門鈍化、棱角變圓、平面下陷、表面溝痕、剝落粘膜(在摩擦中模具工作表而粘了些坯料金屬)。另外，凸模在工作中，由于潤(rùn)滑劑燃燒后轉(zhuǎn)化為高壓氣體，對(duì)凸模表面進(jìn)行劇烈沖刷，形成氣蝕。

冷沖時(shí)，如果負(fù)荷不大，磨損類型主要為氧化，磨損也可為某種程度的咬合磨損，當(dāng)刃口部分變鈍或沖壓負(fù)荷較大時(shí)，咬合磨損的情況會(huì)變得嚴(yán)重，而使磨損加快，模具鋼的耐磨性不僅取決于其硬度，還決定于碳化物的性質(zhì)、大小、分布和數(shù)量，在模具鋼中，目前高速鋼和高鉻鋼的耐磨性較高。但在鋼中存在有嚴(yán)重的碳化物偏析或大顆粒的碳化物情況下，這些碳化物易剝落，而引起磨粒磨損，使磨損加快。較輕冷作模具鋼(薄板沖裁、拉伸、彎曲等)的沖擊，載荷不大，主要為靜磨損。在靜磨損條件下，模具鋼的含碳量多，耐磨性就大。在沖擊磨損條件下(如冷鐓、冷擠、熱鍛等)，模具鋼中過(guò)多的碳化物無(wú)助于提高耐磨性，反而因沖擊磨粒磨損，而降低耐磨性。

研究表明，在沖擊磨粒磨損條件下，模具鋼含碳量以O(shè).6％為上限，冷鐓模在沖擊載荷條件下工作，如模具鋼中碳化物過(guò)多，容易固沖擊磨損而山現(xiàn)表面剝落。這些剝落的硬粒子將成為磨粒，加快磨損速度。熱作模具的型腔表面，由于高溫軟化而使耐磨性降低，此外，氧化鐵皮也起到磨料的作用，同時(shí)還有高溫氧化腐蝕作用。

(3)疲勞失效。

疲勞失效的特征：模具某些部位經(jīng)過(guò)一定的服役期，萌生了細(xì)小的裂紋，并逐漸向縱深擴(kuò)展，擴(kuò)展到一定尺寸時(shí)，嚴(yán)重削弱模具的承載能力而引起斷裂。疲勞裂紋萌生于應(yīng)力較大部位，特別是應(yīng)力集中部位(尺寸過(guò)渡、缺口、刀痕、磨損裂紋等處)，疲勞斷裂時(shí)斷門分兩部分，一部分為疲勞裂紋發(fā)展形成的疲勞處破裂斷面，呈現(xiàn)貝殼狀，疲勞源位于貝殼頂點(diǎn)。另一部分為突然斷裂，呈現(xiàn)不平整粗糙斷面。

使模具發(fā)生疲勞損傷的根本原因?yàn)樘丨h(huán)載荷，凡可促使表面拉應(yīng)力增大的因素均能加速疲勞裂紋的萌生。

冷作模具在高硬狀態(tài)下工作時(shí)，模具鋼具有很高的屈服強(qiáng)度和很低的斷裂韌性。高的屈服強(qiáng)度有利于推遲疲勞裂紋的產(chǎn)生，但低的斷裂韌性使疲勞裂紋的擴(kuò)展速率加快和臨界長(zhǎng)度減小，使疲勞裂紋擴(kuò)展循環(huán)數(shù)大大縮短，因此，冷作模具疲勞壽命主要取決于疲勞裂紋萌生時(shí)間。

熱作模具一般在中等或較低的硬度狀態(tài)下服役，模具斷裂韌性比冷作模具高得多，因此，在熱作模具中，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度低于冷作模具，臨界長(zhǎng)度大于冷作模，熱作模具疲勞裂紋的亞臨界擴(kuò)展周期較冷作模長(zhǎng)得多，但熱作模具表面受急冷，急熱很易萌生冷熱疲勞裂紋，熱作模具的疲勞裂紋萌生時(shí)間比冷作模短得多，因此，許多熱作模其疲勞斷裂壽命主要取決于疲勞裂紋擴(kuò)展的時(shí)間。

(4)斷裂失效。

斷裂失效常見(jiàn)形式有：崩刃、腡齒、劈裂、折斷、脹裂等，不同模具斷裂的驅(qū)動(dòng)力不同。冷作模具、所受的主要為機(jī)械作用力(沖壓力)。熱作模所受除機(jī)械力外，還有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，有許多熱作模具的工作溫度較高，又采用強(qiáng)制冷卻，其內(nèi)應(yīng)力可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)械應(yīng)力，因此，許多熱作模的斷裂主要與內(nèi)應(yīng)力過(guò)大有關(guān)。

模具斷裂過(guò)程有兩種：一次性斷裂和疲勞斷裂。一次性斷裂為模具有時(shí)在沖壓時(shí)突然斷裂，裂紋一旦萌生，后即失穩(wěn)、擴(kuò)展。它的主要原因?yàn)閲?yán)重超載或模具材料嚴(yán)重脆化(如過(guò)熱、回火不足、嚴(yán)重應(yīng)力集十及嚴(yán)重的冶金缺陷等)。

3 模具失效原因及預(yù)防措施

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起失效。

尖銳轉(zhuǎn)角(此處應(yīng)力集中高于平均應(yīng)力十倍以上)和過(guò)大的截面變化造成應(yīng)力集中，常常成為許多模具早期失效的根源。并且在熱處理淬火過(guò)程中，尖銳轉(zhuǎn)角引起殘余拉應(yīng)力，縮短模具壽命。

預(yù)防措施：凸模各部的過(guò)渡應(yīng)平緩圓滑，任何役小的刀痕都會(huì)引起強(qiáng)烈的應(yīng)力集中，其直徑與長(zhǎng)度應(yīng)符合—定要求。

(2)模具材料質(zhì)量差引起的失效。

模具材料內(nèi)部缺陷，如疏松、縮孔、夾雜成份偏析、碳化物分布不均、原表面缺陷(如氧化、脫碳、折疊、疤痕等)影響鋼材性能，

a．夾雜物過(guò)多引起失效。

鋼中存在夾雜物足模具內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的根源，尤其是脆性氧化物和硅酸鹽等，在熱壓力加工中不發(fā)生塑性變形，只會(huì)引起脆性的破裂而形成微裂紋。在以后的熱處理和使用中訪裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，而引起模具的開(kāi)裂。此外，在磨削中，由于大顆粒夾雜物剝落造成表面孔洞。

b．表面脫碳引起失效。

模具鋼在熱壓力加工和退火時(shí)，常常由于加熱溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而造成鋼材表面脫碳，嚴(yán)重脫碳的鋼材在機(jī)械加工后，有時(shí)仍殘留有脫碳層，這樣在淬火時(shí)，由于內(nèi)外層組織的不同(表面脫碳層為鐵索體，內(nèi)部為珠光體)造成組織轉(zhuǎn)變不一致，而產(chǎn)生裂紋。

c．碳化物分布不勻，引起失效。

Crl2、Cr112MoV等模具鋼含碳量和合金元素較高，形成了許多共晶碳化物，這些碳化物在鍛造比較小時(shí)，易呈現(xiàn)帶狀和網(wǎng)狀偏析，導(dǎo)致淬火時(shí)常出現(xiàn)沿帶狀碳化物分布的裂紋，模具在使用中裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，而造成模具開(kāi)裂失效。

預(yù)防措施：鋼在緞軋時(shí)，模具應(yīng)反復(fù)多方向鍛造，從而鋼中的共晶碳化物擊碎得更細(xì)小均勻，保證鋼碳化物不均勻度級(jí)別要求。

(3)模具的機(jī)加上不當(dāng)。

a 切削中的刀痕：模具的型腔部位或凸模的圓角部位在機(jī)加工中，常常因進(jìn)刀太探而使局部留下刀痕，造成嚴(yán)重應(yīng)力集中，當(dāng)進(jìn)行淬火處理時(shí)，應(yīng)山集中部位極易產(chǎn)生微裂紋。

預(yù)防措施：在零件粗加工的最后一道切削中，應(yīng)盡量減少進(jìn)刀量，提高模具表面光潔度。

b 電加工引起失效。模具在進(jìn)行電加工時(shí)，由于放電產(chǎn)生大量的熱，將使模具被加工部位加熱到很高溫度，使組織發(fā)生變化，形成所謂的電加工異常層，在異常層表面由于高溫發(fā)生熔融，然后很快地凝固，該層在顯微鏡下呈白色，內(nèi)部有許多微細(xì)的裂紋，白色層下的區(qū)域發(fā)生淬火，叫淬火層，再往里由于熱影響減弱，溫度不高，只發(fā)生回火，稱回火層。測(cè)定斷面硬度分布：熔融再凝固層，硬度很高，達(dá)610~740HRC，厚度為30m，淬火層硬度400~500HRC，厚為20m?；鼗饘俑邷鼗鼗?，組織較軟，硬度為380—400HRC，厚為10m。

預(yù)防措施：①用機(jī)械方法去除開(kāi)常層中的再凝固層，尤其是微觀裂紋；②在電加工后進(jìn)行一次低溫回火，使異常層穩(wěn)定化，以防微裂紋擴(kuò)展。

c磨削加工造成失效。模具型腔面進(jìn)行磨削加工時(shí)，由于磨削速度過(guò)大，砂輪粒度過(guò)細(xì)或冷卻條件差等因素影響，均會(huì)導(dǎo)致磨削表曲過(guò)熱或引起表面軟化，硬度降低，使模具在使用中因磨損嚴(yán)重，或熱應(yīng)力而產(chǎn)生 磨削裂紋，導(dǎo)致早期失效。

預(yù)防措施：①采用切削力強(qiáng)的粗砂輪或粘結(jié)性差的砂輪；②減少工件進(jìn)給量；③選用合適的冷卻劑；④磨削加工后采用250~350℃回火，以除磨削應(yīng)力。

(4)模具熱處理工藝不合適。

加熱溫度的高低、保溫時(shí)間長(zhǎng)短、冷卻速度快慢等熱處理工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，都將成為模具失效因素。

a．加熱速度：模具鋼中含有較多的碳和合命元素，導(dǎo)熱性差，因此，加熱速度不能太快，應(yīng)緩慢進(jìn)行，防止模具發(fā)生變形和開(kāi)裂。在空氣爐中加熱淬火時(shí)，為防止氧化和脫碳，采用裝箱保護(hù)加熱，此時(shí)升溫速度不宜過(guò)快，而透熱也應(yīng)較慢。這樣，不會(huì)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，比較安全。若模具加熱速度快，透熱快，模具內(nèi)外產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。如果控制不當(dāng)，很容易產(chǎn)生變形或裂紋，必須采用預(yù)熱或減慢升溫加速度來(lái)預(yù)防。

b．氧化和脫碳的影響。模具淬火是在高溫度下進(jìn)行的，如不嚴(yán)格控制，表曲很易氧化和脫碳。另外，模具表面脫碳后，由于內(nèi)外層組織差異、冷卻中出現(xiàn)較大的組織應(yīng)力、導(dǎo)致淬火裂紋。

預(yù)防措施：可采用裝箱保護(hù)處理，箱內(nèi)填充防氧化和脫碳的填充材料。

(1)冷卻條件的影響。

不同模具材料，據(jù)所要求的組織狀態(tài)、冷卻速度是不同的。對(duì)高合金鋼，由于含較多合金元素，淬透性較高，可以采用油冷、空冷甚至等溫淬火和等級(jí)淬火等熱處理工藝。

SCm430是什么模具鋼

SCM430是日本牌號(hào)，對(duì)應(yīng)牌號(hào)30CrMo。

用途：這種鋼通常是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，在中型機(jī)械制造業(yè)中主要用于制造截面較大、在高應(yīng)力條件下工作的調(diào)質(zhì)零件，如軸、主軸以及受高負(fù)荷的操縱輪、螺栓、雙頭螺栓、齒輪等；

在化工工業(yè)中用來(lái)制造焊接零件、板材與管材構(gòu)成的焊接結(jié)構(gòu)和在含有氮?dú)浣橘|(zhì)中工作的溫度不超過(guò)250℃的高壓導(dǎo)管；

在汽輪機(jī)、鍋爐制造業(yè)中用于制造 450℃以下工作的緊固件、500℃以下受高壓的法蘭和螺母，尤其適于制造300大氣壓、400℃以下工作的導(dǎo)管。

718模具鋼的材料性能

(試樣硬度 340HBW, 在室溫及高溫條件下)

1) 溫度 20C/200C/400C, 密度 7. 8g/cm/7.75g/cm/7. 7g/cm。

2) 溫度 20~200C/20 ~400C, 線脹系數(shù): 12.6 10K/13.510K。

3) 溫度20C/200C/400C,熱導(dǎo)率29.0W(mK)/29.5W(mK)/31.0W(mK)

4) 溫度 20C/200C/400C, 彈性模量:205000MPa/200000MPa/185000MPa (試樣硬度 340HBW)

1) 溫度 20C/200C/400C, 抗拉強(qiáng)度1100MPa/1050MP8/850MPa。

2) 溫度 20C/200C/400C, 條件屈服強(qiáng)度980MPa/925MPa/770MPa。

3) 溫度 20C/200C/400C, 斷面收縮率49%/51%/52%

4) 溫度 20C/200C/400C, 伸長(zhǎng)率 13%/14%/16%

5) 溫度20C/200C/400C,沖擊韌度 (≥) 20J/cm/32J/cm/42J/cm

模具鋼的性能要求

1. 強(qiáng)度性能

（1）硬度硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據(jù)其工作條件，一般要求保持在HRC40~55范圍。對(duì)于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

（2）紅硬性 在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩(wěn)定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180~250℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550~600℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

（3）抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度 模具在使用過(guò)程中經(jīng)常受到強(qiáng)度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)的條件接近于模具的實(shí)際工作條件（例如，所測(cè)得的模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度與沖頭工作時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的變形抗力較為吻合）。抗彎試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變量的絕對(duì)值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。

2. 韌性

在工作過(guò)程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過(guò)程中的折斷、崩刃等形式的損壞，要求模具鋼具有一定的韌性。

模具鋼的化學(xué)成分，晶粒度，純凈度，碳化物和夾雜物等的數(shù)量、形貌、尺寸大小及分布情況，以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素都對(duì)鋼的韌性帶來(lái)很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對(duì)于其橫向韌性的影響更為明顯。鋼的韌性、強(qiáng)度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝，以使模具材料的耐磨性、強(qiáng)度和韌性達(dá)到最佳的配合。

沖擊韌性系表特征材料在一次沖擊過(guò)程中試樣在整個(gè)斷裂過(guò)程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗(yàn)技術(shù)正在被采用。

3. 耐磨性

決定模具使用壽命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機(jī)械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類型。為了改善模具鋼的耐磨性，就要既保持模具鋼具有高的硬度，又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對(duì)于重載、高速磨損條件下服役的模具，要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持潤(rùn)滑作用，減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對(duì)鋼的磨損有較大的影響。

耐磨性可用模擬的試驗(yàn)方法，測(cè)出相對(duì)的耐磨指數(shù)，作為表征不同化學(xué)成分及組織狀態(tài)下的耐磨性水平的參數(shù)。以呈現(xiàn)規(guī)定毛刺高度前的壽命，反映各種鋼種的耐磨水平；試驗(yàn)是以Cr12MoV鋼為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。

4. 抗熱疲勞能力

熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，因此，評(píng)價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機(jī)械疲勞斷裂性能。熱機(jī)械疲勞是一種綜合性能的指標(biāo)，它包括熱疲勞性能、機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。

熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多；機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量；斷裂韌性反映材料對(duì)已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料，其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子，也就是必須有較大的裂紋長(zhǎng)度。在應(yīng)力恒定的前提下，在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴(kuò)展得更深，才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。

也就是說(shuō)，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命；而裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性，可以決定當(dāng)裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。

抗熱疲勞性能的指標(biāo)可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)數(shù)，也可以用經(jīng)過(guò)一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長(zhǎng)度來(lái)衡量。

5. 咬合抗力

咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對(duì)于模具材料較為重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進(jìn)行恒速對(duì)偶摩擦運(yùn)動(dòng)，以一定的速度逐漸增大載荷，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，臨界載荷愈高，標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。

P20模具鋼抗拉強(qiáng)度是多少

P20模具鋼材出廠一般已預(yù)先硬化處理至285-330HB（30-36HRC），與瑞典618德國(guó)1.2311狀態(tài)相當(dāng)，可直接用于制模加工，并具有尺寸穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，預(yù)硬鋼材才可滿足一般用途需求，模具壽命可達(dá)50W模次左右，進(jìn)口P20性能更好一些。

P20的力學(xué)性能如下:

硬度30HRC；

抗拉強(qiáng)度b=1250MPa；

屈服強(qiáng)度0.2=?1140MPa；

伸長(zhǎng)率5=?14%；

斷面收縮率=?4.58%?,

沖韌性值k=?11.5J?/?cm#178;

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