在模具的制造過程中，模具的使用壽命和制成的精度、質(zhì)量、表面性能，除與模具的設(shè)計(jì)、制造精度以及機(jī)床和操作等條件有關(guān)外，與模具鋼材及其熱處理工藝也有密切關(guān)系。那當(dāng)如何評(píng)定模具鋼材的冶金質(zhì)量？奧泰列了幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，供大家參考。

⒈化學(xué)成分的均勻性

模具鋼通常是含有多元素的合金鋼，鋼在錠模具中從液態(tài)凝固時(shí)，由于選分結(jié)晶的緣故，鋼液中各種元素在凝固的結(jié)構(gòu)中分布不均勻而形成偏析，這種化學(xué)成分的偏析將造成組織和性能的差異，它是影響鋼材質(zhì)量的重要因素之一。

降低鋼的偏析度，可以有效地提高鋼的性能。

近些年來，國內(nèi)外很多冶金廠都在致力研究生產(chǎn)成分均勻、組織細(xì)化的鋼材。

⒉疏松

疏松是鋼的不致密性的表現(xiàn)。

疏松多數(shù)出現(xiàn)在鋼錠的上部及中部，在這些地方因?yàn)榧辛溯^多的雜質(zhì)和氣體造成的。

由于疏松缺陷的存在，降低了鋼的強(qiáng)度和韌性，也嚴(yán)重地影響了加工后的表面的粗糙度，在一般的模具鋼中的影響不是特別大，但如冷軋輥、大型的模塊、沖頭和塑料成形模具零件等都有較嚴(yán)格的要求。

如深型腔的鍛模和沖頭要求疏松不超過1級(jí)或2級(jí)，用于表盤或透光件等的塑料模具用鋼，要求疏松不超過1級(jí)。

⒊碳化物的不均勻度

碳化物是絕大多數(shù)模具鋼的必需組分，除可溶于奧氏體的碳化物外，還會(huì)有部分不能溶于奧氏體的殘留碳化物。

碳化物的尺寸、形態(tài)、分布對(duì)模具鋼的使用性能等有十分重要的影響。

關(guān)于碳化物的尺寸、形狀和分布是與鋼的冶煉方法、鋼錠的凝固條件以及熱加工變形條件等有關(guān)。

過共析鋼的碳化物可能在晶界形成風(fēng)狀碳化物或是在加工變形中碳化物被拉長而形成帶狀碳化物或者二者兼有，萊氏體模具鋼中，存在一次碳化物和二次碳化物，在熱變形的過程中，網(wǎng)狀的共晶碳化物大多可以破碎，碳化物先沿變形方向延伸，產(chǎn)生帶狀，隨著變形程度的增加，碳化物變得均勻、細(xì)小。碳化物的不均勻性對(duì)淬火變形、開裂、鋼材的力學(xué)性能的影響較大。

⒋偏析

偏析即鋼的成分與組織不均勻性的表現(xiàn)，這是在模具鋼的低倍組織的檢驗(yàn)中常存在的一種缺陷。是鋼錠在凝固過程中形成的，與鋼的化學(xué)成分和澆注溫度等有關(guān)。一般分為樹枝狀的偏析、方形偏析、點(diǎn)狀偏析等。

由于樹枝狀的偏析的存在，使負(fù)然各個(gè)不同的方向的力學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的差異。

方形偏析是由于鑄錠結(jié)晶時(shí)，在柱狀晶的末端與錠心等軸晶區(qū)間，聚集了較多的雜質(zhì)和孔隙而形成的。嚴(yán)重的方形偏析，對(duì)鋼材的質(zhì)量的影響是顯著的，特別是切削加工量很大的零件或心部受力的模具零件。偏析除了影響模具鋼力學(xué)性能的等向性外，對(duì)模具的拋光性能也有一定的影響。因此，國外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格的規(guī)定。

⒌白點(diǎn)

白點(diǎn)是熱軋鋼坯和大型鍛件中比較常見的缺陷，是鋼的內(nèi)部破裂的一種。

白點(diǎn)的存在對(duì)鋼的性能有極為不利的影響，這種影響主要表現(xiàn)在使鋼的力學(xué)性能降低，熱處理時(shí)使鍛件淬火開裂，或使用時(shí)發(fā)展成更為嚴(yán)重的破壞事故，所以在任何情況下，都不能使用有白點(diǎn)的鍛件。

不同的鋼對(duì)白點(diǎn)的敏感程度是不同的，一般認(rèn)為容易發(fā)生白點(diǎn)的鋼有鉻鋼、鉻鉬鋼、錳鋼、錳鉬鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻鎢鋼等。其中以含W(C)大于0.30%、W(Cr)大于1%、W(Ni)大地2.5%的馬氏體鉻鎳鋼及鉻鎳鉬鋼等對(duì)白點(diǎn)的敏感性最大。

白點(diǎn)的形成原因是鋼中的氫的脫溶析出聚集，在鋼的縱斷面上形成的銀亮白色粗晶狀的圓形或橢圓形的斑點(diǎn)。它往往使鍛件和坯材的內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo等最容易發(fā)生白點(diǎn)，若增加碳化物元素Cr、Mo和V后可以降低白點(diǎn)的敏感性。這類鋼在生產(chǎn)中一定要注意脫氣和加強(qiáng)大鍛件的鍛后緩冷或去氫退火。

⒍氧含量

對(duì)模具鋼一般都未規(guī)定鋼中的允許的氣體含量。

隨著氧含量的增加，氧化物的顆粒和數(shù)量都隨之增加，鋼的疲勞性能降低，熱裂紋也容易產(chǎn)生。

有人曾對(duì)熱作模具鋼H13(4Cr5MoSiV1)進(jìn)行過試驗(yàn)，氧含量最好不超過1.5*10-5，日本山陽特殊鋼公司規(guī)定高純凈度鋼氧含量不大于1.0*10-5。因此，近年來，為了提高模具的制造質(zhì)量。國內(nèi)外的模具鋼逐漸在向低氧含量的方向發(fā)展。

⒎鋼中的非金屬夾雜物

質(zhì)量良好的鋼材不僅化學(xué)成分要符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并且鋼中的非金屬夾雜物的含量要盡可能地少，因?yàn)榉墙饘賷A雜物在鋼中所占的體積雖然很小，但對(duì)鋼材的性能影響卻很大。減少鋼中的非金屬夾雜物是煉鋼的主要任務(wù)之一。

通常所指的鋼中的非金屬夾雜物，主要是指鐵及其他合金元素與氧、硫、氮等作用所形成的化合物，如FeO、MnO、Al2O3、SiO2、FeS、MnS、AlN、VN等，以及在煉鋼和澆注時(shí)帶入的耐火材料，后者的成分也主要是Si、Al、Fe、Cr、Ca、Mg等的氧化物。

鋼中的非金屬夾雜物就其來源，可以分為內(nèi)在夾雜物和外來夾雜物，仙在的夾雜物是鋼在液態(tài)及凝固過程中形成的化合物。

鋼中的非金屬夾雜物在基本種意義上呆以看成是一定尺寸的裂紋，它破壞了金屬的連續(xù)性，引起應(yīng)力集中，在外界應(yīng)力的作用下，裂紋延伸很容易發(fā)展擴(kuò)大而導(dǎo)致性能降低。

塑性夾雜物的存在，隨著鍛軋過程延展變形，致使鋼材產(chǎn)生各向異性。同時(shí)夾雜物拋光過程中的剝落，提高了模具的表面粗糙度。因此，對(duì)于大型和重要的模具來說，提高鋼的純凈度是十分重要的。

⒏有害元素的含量

硫和磷在鋼凝固過程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而產(chǎn)生晶間脆性，使鋼的塑性降低，過高的S、P含量，會(huì)使鋼錠在軋制時(shí)易產(chǎn)生裂紋，而且會(huì)大大降低鋼的力學(xué)性能。

日本的松田幸紀(jì)等研究了S、P含量對(duì)含W(Cr)5%熱作模具鋼(H13)的韌性和熱疲勞性能影響結(jié)果表明，如將W(S、P)的含量從0.025%和0.010%降到W(P)0.005%和W(S)0.001%時(shí)，其熱疲勞裂紋的長度和數(shù)量將減少一半。

日立金屬公司將DAC鋼中的W(P)含量從0.03%降到0.001%時(shí)，可使鋼45HRC時(shí)的沖擊韌度由39.2J/cm2提高到127.5 J/cm2。此外，降低鋼中的S、P含量還可以有效地提高鋼的等向性。

評(píng)定模具鋼材冶金質(zhì)量的詳細(xì)指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)請(qǐng)參照國家標(biāo)準(zhǔn)《優(yōu)質(zhì)合金模具鋼》(GB/T24594-2009)模具在現(xiàn)代制造業(yè)中占有日益重要的地們，特別是汽車和電器制造業(yè)中有近70%以上的零件采用模具制造加工。

但目前我國高質(zhì)量的模具大量依賴進(jìn)口，分析其主要原因，不在于我們的優(yōu)質(zhì)鋼煉鋼水平，而是沒有認(rèn)識(shí)到整個(gè)模具鋼質(zhì)量的提高是一個(gè)系統(tǒng)控制過程。除冶金質(zhì)量外，制造過程中的鍛壓加工、預(yù)備熱處理、機(jī)械加工和最終熱處理都將影響模具的內(nèi)部組織和應(yīng)力狀態(tài)，從而決定模具的最終使用性能。