模具材料的硬度性能

硬度是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力。硬度值越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。钢的硬度是模具钢的主要技术指标，为了保持模具形状尺寸稳定不变，模具在高应力的作用时，必须具有足够高的硬度。冷作模具钢一般应将硬度保持在60HRC左右，热作模具钢根据其工作条件，一般要求硬度保持在40~55HRC。对于同一钢种而言，在一定的硬度值范围，硬度与变形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之间，其塑性变形抗力可能有明显的差别。

钢的硬度与化学成分和金相组织具有密切关系，通过热处理，可以获得很宽的硬度变化范围。模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的含碳量或含氮量。如新型模具钢012A1和CG-2采用低温回火处理后硬度为60~62HRC，采用高温回火处理后硬度为50~52HRC，因此，可用来制作硬度要求不同的冷作或热作模具。

模具钢的硬度主要取决于马氏体中溶解的碳量（或含碳量），马氏体中的含碳量取决于奥氏体化温度和时间。当温度和时间增加时，马氏体中的含碳量增多，马氏体硬度会增加，但淬火加热温度过高会使奥氏体晶粒粗大，淬火后残留奥氏体量增多，又会导致硬度下降。因此，为选择最佳淬火温度，通常要先作出钢的淬火温度、晶粒度、硬度关系曲线。

马氏体中的含碳量在一定程度上与钢的合金化程度有关，尤其当回火时表现更明显。随着回火温度的增高，马氏体中的含碳量在减少，但当钢种合金含量越高时，由于弥散的合金碳化物析出及残留奥氏体向马氏体转变，所发生的二次硬化效应越明显，硬度峰值越高。

 硬度试验方法简单易行，又无损于工件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系。

    1)布氏硬度( HBW)。布氏硬度是用载荷为F的力把直径D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，称为布氏硬度。布氏硬度的使用上限是650HBW，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及非铁金属的硬度。

    2)洛氏硬度( HRA、HRC)。洛氏硬度是模具生产中最常用的硬度测量方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度( HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头是顶角为120°的金刚石圆锥体，适用于淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是> 70HRA，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层；HRC硬度有效范围是20~ 68HRC（相当于230~ 700HBW、650~ 700HBW超出了布氏硬度的使用上限），适用于淬火钢及调质钢。

    3)洛氏硬度( HRB)。洛氏硬度(HRB)的测量采用直径1.588mm(1/16in)的钢球，适用于退火钢、非铁金属等，硬度有效范围是25～100HRB(相当于60~230HBW)。

    4)维氏硬度( HV)。维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136°的金刚石四方锥体。试验时，在载荷F的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积Av，以F/Av的数值表示试样的硬度。维氏硬度有一个连续一致的标度；试验载荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量工件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，并且比布氏、洛氏硬度测量精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般多用于实验室及科研方面，在生产上尽量少使用。