對(duì)鍛造模具材料的基本要求
鍛件生產(chǎn)對(duì)模具材料的基本要求是：在鍛模工件條件（工作溫度、載荷性質(zhì)和“接觸時(shí)間”）下材料應(yīng)具有良好的冶金質(zhì)量和組織穩(wěn)定性、綜合力學(xué)性能、疲勞性能和耐腐蝕性等使用性能以及良好的冷熱加工工藝性能。
工件溫度（或稱使用溫度）是指模具在實(shí)際使用時(shí)的加載過程中模膛表面所達(dá)到的最高溫度與卸載后至下一次加載間隙時(shí)間內(nèi)模膛表面冷卻降溫至最低溫度之間的溫度。在黑色金屬鍛件連續(xù)生產(chǎn)情況下，前者的溫度可以達(dá)到600℃，甚至更高，乃至引起模膛表面金屬的回火和相變。從而降低模具材料的力學(xué)性能；而后者基本上保持在模體的使用溫度，即250℃～350℃，長期在脈沖式的熱負(fù)荷（600℃至250℃～350℃交變）作用下會(huì)引起模具材料的冷熱疲勞。
載荷性質(zhì)是指模具在鍛錘和螺旋壓力機(jī)等沖擊性動(dòng)態(tài)載荷設(shè)備上使用，還是在液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)等平穩(wěn)加載的靜態(tài)載荷設(shè)備上使用。不管是動(dòng)載荷還是靜載荷加載方式，模具所承受的都是周而復(fù)始的加載和卸載的脈沖載荷，因此，長時(shí)間工作會(huì)引起模具材料的機(jī)械疲勞。
接觸時(shí)間是指在加載條件下模具與毛坯的“接觸時(shí)間”，即在鍛壓過程中設(shè)備對(duì)毛坯加載到卸載之間毛坯與模具的接觸時(shí)間。在加載條件的“接觸時(shí)間”內(nèi)模具溫度急劇上升，這時(shí)金屬流動(dòng)對(duì)模具的沖刷磨損更加劇烈。液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)模鍛時(shí)，毛坯與模具的接觸時(shí)間長，模具溫升大、磨損嚴(yán)重；而鍛錘模鍛時(shí)的“接觸時(shí)間”短，但接觸頻率高也相當(dāng)于延長了接觸時(shí)間，再加上鍛件變形產(chǎn)生機(jī)械熱也會(huì)使溫度升高。另外，鍛錘模鍛時(shí)金屬流動(dòng)速度高，對(duì)模膛表面的沖刷磨損往往超過溫升軟化造成的磨損。
根據(jù)上述鍛造模具的工作環(huán)境，模具材料應(yīng)具備以下良好的使用性能和工藝性能。
1．力學(xué)性能
在模具使用溫度（室溫至最高工作溫度）范圍內(nèi)具有良好的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性和硬度等力學(xué)性能的匹配。
1）抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度
不同類型的模具對(duì)模具材料所要求的力學(xué)性能具體指標(biāo)有所側(cè)重，同時(shí)不應(yīng)僅考慮室溫力學(xué)性能而忽視更重要的實(shí)際工作溫度的性能指標(biāo)；切忌追求盲目脫離實(shí)際的全面高指標(biāo)。例如：在冷鍛變形抗力極高的難變形合金鍛件時(shí)，當(dāng)模具承受的應(yīng)力超過模具材料在使用溫度下的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致模具開裂報(bào)廢；如果模具承受的應(yīng)力超過模具材料在使用溫度下的屈服強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)引起模具塌陷等永久變形，導(dǎo)致鍛件超差。在這種條件下，就要選擇抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高的模具材料，一般，模具材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于應(yīng)承受應(yīng)力的30%以上。
2）沖擊韌性、斷面收縮率和延伸率
由于模具材料的沖擊韌性指標(biāo)的選擇與鍛造載荷性質(zhì)密切相關(guān)，因此，對(duì)于鍛錘和螺旋壓力機(jī)等沖擊載荷設(shè)備使用的模具，如果模具材料的沖擊韌性低，模具有可能發(fā)生開裂而報(bào)廢；在這種條件下，就要選擇沖擊韌性高的模具材料。
對(duì)于斷面收縮率和延伸率高的模具材料，可以在出現(xiàn)微小裂紋的情況下繼續(xù)使用，而不致于很快就破裂，因此，在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度指標(biāo)許可條件下，盡可能地提高其斷面收縮率和延伸率。
3）硬度
鑒于硬度除了與強(qiáng)度指標(biāo)有對(duì)應(yīng)關(guān)系外，還與模具的耐磨性密切相關(guān)，在沖擊韌性、斷面收縮率和延伸率等指標(biāo)許可條件下，盡可能地提高其硬度（或耐磨性）。鍛模硬度和紅硬性是鍛模材料的重要性能，模具在高溫下工作應(yīng)能保持其形狀和尺寸不發(fā)生變化。熱作模具硬度一般在42HRC～50HRC范圍，新研發(fā)的美國鋼種HQ-39等高強(qiáng)韌熱作模具鋼在韌性較高時(shí)硬度可達(dá)到55HRC～58HRC。冷作模具硬度一般在60HRC以上，M42硬度高達(dá)68HRC～70HRC。
眾所周知，同一個(gè)模具材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度和斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性之間存在著相互矛盾的關(guān)系，如果提高前者，必須要犧牲后者，這就需要根據(jù)具體模具的實(shí)際工作環(huán)境來選擇相應(yīng)的性能匹配。
必須指出，材料的硬度在一定程度不但可以反映強(qiáng)度水平，而且硬度和耐磨性有著甘種對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般硬度高的材料，其耐磨性也好，因此，許多模具材料通常只簡單地規(guī)定對(duì)硬度的要求。
2．疲勞性能
模具材料的疲勞性能包括機(jī)械疲勞和冷熱疲勞兩種。熱作模具長期在高機(jī)械載荷至零機(jī)械載荷及200℃～600℃溫度區(qū)間交替循環(huán)，這兩種脈沖的加載和卸載所造成應(yīng)力的疊加，久而久之，模膛表面會(huì)萌生出微裂紋；微裂紋進(jìn)一步發(fā)展就會(huì)加速模具磨損、產(chǎn)生碎塊，從而導(dǎo)致模具失效，所以要求模具材料應(yīng)該具有良好的抗機(jī)械疲勞和抗冷熱疲勞性能。
3．組織穩(wěn)定性
通常，熱作模具的工作溫度在200℃～600℃甚至更高，在這樣寬的溫度區(qū)間以及脈沖式的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷長期作用下，會(huì)引起模具材料組織的變化和性能（如硬度）的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致加速磨損、塑性變形和龜裂，從而使模具提前失效。因此，鍛模材料的穩(wěn)定性對(duì)鍛模的使用壽命具有重要的意義。鍛模材料良好的導(dǎo)熱性和耐回火性，可使鍛模在復(fù)雜的工作條件下保持模具表面的硬度和組織穩(wěn)定性。
檢查模具材料組織穩(wěn)定性常用的簡單方法：在模具的工作溫度長時(shí)間保溫（通常選擇預(yù)定的壽命期），然后測(cè)量不同溫度和不同時(shí)間的對(duì)應(yīng)的硬度，硬度值可以定性地反映材料的抗拉強(qiáng)度和抗磨損的水平。
4．冷熱加工工藝性能
鍛模材料是在高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性及足夠韌性的狀態(tài)下使用，其冷熱加工都十分困難，因此，要求模具材料應(yīng)具有對(duì)模具的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重要影響的良好冶煉、鑄造、鍛造、切削加工、熱處理和表面處理和冷熱加工工藝性能。
5．冶金質(zhì)量
模具材料的冶金質(zhì)量對(duì)模具的可靠性、壽命和經(jīng)濟(jì)性有十分重要的影響。模具任何部位的低倍和高倍組織及力學(xué)性能都必須符合技術(shù)條件的要求，不允許有目視可見的非金屬和金屬夾雜物、縮孔、晶粒不均勻、嚴(yán)重偏析和疏松、白點(diǎn)、裂紋、萘狀斷口等低倍組織缺陷，以及過燒、過熱、嚴(yán)重脫碳、滲碳等高倍組織缺陷。
模具鋼成分確定后（按國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），決定模具鋼模塊質(zhì)量的主要因素是冶金工藝和后續(xù)加工工藝。生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用電渣爐冶煉的鋼比較好，純度高、致密、均勻、各向異性小，電渣鋼錠再經(jīng)鍛造熱變形、反復(fù)鐓拔和相應(yīng)熱處理等工序制作的模塊比較適于制造鍛模。
6．淬透性
模具鋼的淬透性越高，其淬硬層（表面的馬氏體組織至半馬氏體組織的深度）越深，則模具耐磨性好。淬透性是衡量模具鋼接受淬火能力的重要標(biāo)志，是選擇模具鋼及其熱處理工藝的重要依據(jù)。
7．物理性能
鍛模材料要求導(dǎo)熱性能好，以保證模具模膛表面的熱量盡快傳導(dǎo)散失，避免模具因工作部分表面溫度過高而降低其力學(xué)性能。保持模具應(yīng)有的硬度，有利于減少熱磨損及熱疲勞損傷。
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