對(duì)模具材料有哪些性能要求呢？這要分別從各種模具在使用以及制作模具時(shí)的 性能要求來(lái)考慮。
因?yàn)槟＞叩男纬煞绞郊凹庸?duì)象材料多種多樣，所以對(duì)模具的性能要求較多， 此外還有精度和可靠性能要求。因此，模具的制作加工成本較高。鑒于此，模具材料是否易于制作加工模具的性能也顯得十分重要。
（一） 模具材料的基本性能
根據(jù)模具加工對(duì)象材料的種類，成形方法和溫度等的不同，對(duì)模具的性能要求 也有所不同，應(yīng)首先對(duì)其基本性能予以充分了解。一般來(lái)說(shuō)，要想得到較長(zhǎng)的使用壽命，需要通過(guò)硬化等來(lái)提高模具的強(qiáng)度及耐磨性。別一方面，提高強(qiáng)度有容易產(chǎn)生開裂和崩角，因此掌握好二者的平衡至關(guān)重要。在此，本文先就模具材料的基本性能加以闡述。
1 顯微組織（Microstructure）
用作模具材料的工模具鋼，其性能受其組成（化學(xué)成分）和顯微組織的影響。 用顯微鏡觀察到微觀世界稱為顯微組織。這里已冷作模具鋼為例進(jìn)行介紹。圖一所示為冷作模具鋼SKID11在淬火和回火后的顯微組織示意圖?；?Matrix)上分布著碳化物（Carbidrs），碳化物分為成熔融狀態(tài)凝固時(shí)分析出的粗大碳化物及球化退火時(shí)析出的微細(xì)碳化物兩種。基本的化學(xué)成分約為0.5%C-7.5%Cr-1%Mo-0.3%V,由硬度達(dá)700~740HV的硬質(zhì)組織殘留奧氏體構(gòu)成。
圖一 (冷作模具鋼SKD11在淬火回火后的顯微組織示意圖)
與SKD11鋼的組成相比，基體的各化學(xué)成分均有所減少，其余的合金元素則存在于碳化物之中。在此形成的碳化物形式為（Fe,Cr,Mo）7C3,以約15%的面積比分散于基本當(dāng)中。這是一種硬質(zhì)基體中分布著堅(jiān)硬碳化物顆粒的高耐磨組織。
工模具鋼的化學(xué)成分決定著熱處理后的基體組成，其基體組成又影響著強(qiáng)度和韌性等性能。圖2為典型的碳素工具鋼SK105，冷作模具鋼SKD11和高速工具鋼SKH51的化學(xué)組成（1,2）。這是把碳化物經(jīng)電解提取后進(jìn)行分析，然后根據(jù)總成分計(jì)算的結(jié)果。另外，如今利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)和計(jì)算狀態(tài)也能算出。
圖二 碳素工具鋼SK105，冷作模具鋼SKD11和
高速工具鋼SKH51的化學(xué)組成
基體的組成決定著種種性能。例如，含炭量決定著硬質(zhì)，淬透性，強(qiáng)韌性及耐熱性等，其他性能又取決于Mn,Ni,Cr,Mo,W等合金元素含量。
碳化物是稱作碳化物形成元素，即易與炭原子結(jié)合的合金元素與炭形成的化合物，分為很多種。Cr,Mo,W,V,Ti等是具有代表性的碳化物形成元素。碳化物均為硬質(zhì)，其種類，硬度（3）及特點(diǎn)見表圖2。其中Fe3C（滲碳體） 是最基本的碳化物，它們與碳元素時(shí)，它們與碳元素的結(jié)合方式則有所不同，例如會(huì)變成（Fe,Cr)7C3或Fe4Mo2C等形式，常以M7C3及M6C等來(lái)表示。
圖二（2）碳化物的種類，硬度的特點(diǎn)
由表圖二（2）可見，與硬度不超過(guò)1000HV工模具鋼基體相比，碳化物的硬度更高，像W2C及TiC可高達(dá)3000HV.
工模具鋼的硬度取決于基體硬度，碳化物的硬度和數(shù)量。形成碳化物元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其碳化物的硬度就越大，比如與3%含量的碳素工具鋼相比，5%含量的高速工具鋼的硬化效果更明顯。另外，其對(duì)耐磨性的貢獻(xiàn)要大于硬化效果。
