模具材料對模具壽命的影響是模具材料種類、模具工作零件的硬度、材料的冶金質量、材料的化學成分、材料的組織結構等因素的綜合反映,其中材料種類和硬度影響最為明顯。
模具材料種類對模具壽命的影響是很大的,如對同一種工件,使用不同的模具材料做彎曲試驗,用9Mn2V鋼,其壽命為5萬次;用Cr12MoV鋼滲氮,其壽命可達40萬次。因此,在選用模具材料時,應根據制件的批量大小,合理選擇模具材料。
模具工作零件的硬度對模具壽命的影響也很大,但并不是硬度越高,模具壽命越長。如采用T10鋼制造硅鋼片沖模,硬度為52~56HRC,只沖數千件,沖件毛刺就很大。如果將硬度提高到60~64HRC,則刃磨壽命可達2萬~3萬件。但如果繼續提高硬度,則會出現早期斷裂。有的沖模硬度不宜過高,如采用Cr12MoV鋼制造六角螺母冷鐓凸模,硬度為56~60HRC,一般壽命為2萬~3萬件,失效形式是崩裂;如將硬度降為50~54HRC,壽命提高到6萬~8萬件。由此可見,模具壽命必須根據成形性質和失效形式確定,應使硬度、強度、韌性、耐磨性、耐疲勞強度等達到成形所需要的最佳配合。材料的冶金質量對模具壽命的影響也不容忽視,尤其是高碳高合金鋼,冶金缺陷較多,往往是模具淬火開裂和模具早期破壞的根源:
1)當原材料有較深的脫碳層時,或在氧化爐中加熱造成氧化、脫碳時,使脫碳表面層產生大的拉應力。表面金屬往往沿晶界被拉成網狀。
2)當原材料是粗晶粒鋼時,內部存在大塊鐵素體,晶粒粗化,失去晶界結合力,在拉應力作用下沿晶界呈網狀裂開。由于材料來源不一,質量保證顯得十分重要,以避免先天性不足。因此,提高材料的冶金質量也是提高模具壽命的重要方面。
采用新的熱處理工藝,挖掘現有材料的潛力,對提高模具壽命是有效的,也是有限的。特別是加工工藝的發展越來越趨向高溫、高壓、高速,模具的服役條件更加苛刻。因此,要大幅度提高模具壽命,則必須研制和應用新的模具材料。
近年來已研制出多種模具新材料,其中以合金鋼為主,如HM1、HM3、RM2、012A1、CG2、65Nb、LM1、LM2、LD、CH-1、8Cr2S等。新研制的鋼結硬質合金( DT)、合金鑄鐵(SMRI-86)、高溫合金(如TZM)等也取得了較好的應用效果,如HM3鋼鍛模,比用3Cr2W8V鋼模具的壽命提高了1倍;用CH-1鋼制的中厚板沖模壽命比T10A鋼模具提高3~5倍;用012A1鋼熱擠壓模比用3Cr2W8V鋼模具的壽命提高了3~5倍等。