熱作模具鋼的使用性能要求
各種熱作模具鋼在工作過程中差異很大，它們的工作溫度、載荷性質(zhì)千差萬別，而且任何一種模具鋼也不可能同時具有極高的熱強(qiáng)性、耐磨性、斷裂抗力、抗熱疲勞性能等。在選擇模具鋼時，只能抓住模具更更關(guān)鍵的性能要求，進(jìn)行優(yōu)先保證，其次再兼顧其他各項(xiàng)性能進(jìn)行選材。熱作模具鋼采用以下技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價。
?、偈覝赜捕?、高溫硬度：用以評價耐磨性和變形抗力。
?、谑覝乩鞆?qiáng)度、高溫拉伸強(qiáng)度：用以評價靜載斷裂抗力。
?、凼覝貨_擊韌性、高溫沖擊韌性：用以評價沖擊斷裂抗力。
?、荛L期保溫后的硬度變化：用以評價抗回火能力及熱穩(wěn)定性。
?、輽C(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率：可反映熱疲勞裂紋萌生后，在鍛壓力的作用下向內(nèi)部擴(kuò)展時，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量。機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率小的材料，每鍛壓一次裂紋的擴(kuò)展量也少，這表明裂紋擴(kuò)展得很慢。
⑥斷裂韌性：反映材料對已存在的裂紋發(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，必須在裂紋具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子，也就是必須有較大的應(yīng)力或較大的裂紋長度。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。
?、咦冃慰沽Γ耗＞咪摰淖冃慰沽Ψ从沉四＞叩目苟阉芰Α榱吮ＷC熱作模具鋼在較高的溫度下工作，應(yīng)保證模具鋼具備較高的抗回火能力、熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度。
a.抗回火能力：鋼的抗回火能力除與碳化物的熱穩(wěn)定性的基本的再結(jié)晶溫度有關(guān)外，還取決于鋼在回火時的二次硬化效應(yīng)的大小。
b.熱穩(wěn)定性高的碳化物，自馬氏體組織中析出的溫度和聚集長大的溫度均高，這不僅提高了馬氏體的分解溫度，同時，使自馬氏體中析出的碳化物難以聚集長大，經(jīng)高溫回火后，仍能保持高的彌散度。這種現(xiàn)象主要是由于在回火時，合金元素妨礙鋼中各種元素的擴(kuò)散，因而延遲馬氏體分解和碳化物聚集。
V、W、Ti、Cr、Mo等強(qiáng)碳化物形成元素，對回火過程中的延遲作用特別顯著。Co、Si雖不形成碳化物，但均對滲碳體晶核的形成和長大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的延遲作用。因此，Co、Si含量較高時，可以允許在較高溫度回火，也不致產(chǎn)生鋼的軟化。
高熔點(diǎn)金屬如W、Mo等固溶于鐵素體中，能明顯提高再結(jié)晶溫度，對提高鋼的抗回火能力有良好的作用。熱作模具鋼的二次硬化效應(yīng)與鋼中合金元素的類別和數(shù)量有關(guān)。V、Mo、W、Cr依次由強(qiáng)烈到弱影響鋼的二次硬化效應(yīng)。由于回火時大量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度升高，也會引起鋼的二次硬化效應(yīng)。
c.高溫強(qiáng)度：在高溫下保持高硬度的能力，主要取決于鋼中馬氏體的熱穩(wěn)定性及碳化物的熱穩(wěn)定性。鋼中加入大量的鉻、鎢、鉬、釩等元素后，一部分溶入基體中，將增加基體的高溫強(qiáng)度，另一部分可與碳結(jié)合成特殊碳化物，具有很高的抗聚集能力。
⑧斷裂抗力：由于熱作模具鋼的斷裂過程是一種疲勞斷裂，因此，熱作模具鋼的斷裂抗力包括萌生疲勞裂紋的抗力、疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的抗力和裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。
萌生疲勞裂紋的抗力與熱疲勞抗力關(guān)系密切。疲勞裂紋亞臨界擴(kuò)展的抗力可采用裂紋擴(kuò)展速度da/dN9（mm/次）表示，它表示每一次應(yīng)力循環(huán)，裂紋的擴(kuò)展長度。裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力通過材料的斷裂韌性Kic表示。
⑨抗熱疲勞能力：可以反映熱疲勞裂紋萌生前的工作壽命。抗熱疲勞能力高的材料，萌生熱疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)較多?？篃崞谀芰Q定了在疲勞裂紋萌生前的那部分壽命，可以決定裂紋萌生后，發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命?？篃崞谀芰梢杂妹壬鸁崞诹鸭y的循環(huán)數(shù)，或者經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均深度（或長度）表示。影響抗熱疲勞能力的因素主要有：模具鋼的熱導(dǎo)率、線（膨）脹系數(shù)、屈服強(qiáng)度、抗高溫氧化能力、硬度、冶金質(zhì)量、合金元素以及熱處理工藝等。
熱作模具鋼應(yīng)具備高的抗熱疲勞能力、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值，不能僅根據(jù)材料的σb指標(biāo)來選擇鋼種和選擇熱處理工藝，以免出現(xiàn)選用熱作模具鋼材謬誤。
盡管錘鍛模的加載速度與一次沖擊試驗(yàn)的加載速度相近，必須評價錘鍛模具鋼的一次沖擊韌性值，但是，大多數(shù)模具在斷裂前已發(fā)生熱力機(jī)械疲勞裂紋，斷裂往往是疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所造成。所以，對熱作模具鋼應(yīng)同進(jìn)行一次性試驗(yàn)，和增加反映疲勞過程的試驗(yàn)考核項(xiàng)目。
