硬度是耐磨性的基础:模具钢的硬度反映了其抵抗局部塑性变形的能力。硬度高的模具钢,其组织结构更加致密,原子间结合力更强,使得材料表面更不容易被磨损介质犁削、刮擦或压入,从而为耐磨性提供了基本保障。例如,在冷作模具钢中,Cr12MoV 钢经过淬火和低温回火后,能获得较高的硬度,一般在HRC58-62左右,这使其在承受冲压、冷镦等工作时,能够较好地保持模具表面的形状和尺寸精度,抵抗磨损。
硬度影响磨损机制:不同硬度的模具钢,其磨损机制有所不同。对于硬度较低的模具钢,在磨损过程中,主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。随着硬度的提高,模具钢的抗粘着能力和抗磨粒切削能力增强,磨损机制逐渐向氧化磨损和疲劳磨损转变。当硬度达到一定程度后,氧化磨损和疲劳磨损成为主要的磨损形式。例如,一些高碳高铬的冷作模具钢,由于硬度较高,在磨损过程中,表面会形成一层氧化膜,这层氧化膜可以在一定程度上减轻磨损。
合金元素的作用:模具钢中的合金元素通过影响硬度来间接影响耐磨性。例如,碳元素可以提高钢的硬度和强度,从而提高耐磨性;铬、钼、钨等合金元素能形成碳化物,这些碳化物硬度很高,弥散分布在钢的基体中,不仅提高了钢的硬度,还能阻碍位错运动,提高钢的耐磨性。以 H13 钢为例,其中的铬、钼、钒等合金元素,通过固溶强化和形成碳化物等作用,提高了钢的硬度和热稳定性,使其在热作模具的应用中具有良好的耐磨性和抗热疲劳性能。
微观组织的影响:模具钢的微观组织对硬度和耐磨性也有重要影响。例如,回火马氏体组织具有较高的硬度和较好的韧性,能为模具钢提供良好的耐磨性。而贝氏体组织在具有一定硬度的同时,还具有较好的韧性和抗疲劳性能,也能提高模具钢的耐磨性。此外,细小均匀的晶粒组织可以使模具钢的硬度更加均匀,提高其耐磨性。例如,通过合理的热处理工艺,使模具钢获得细小的晶粒组织,可以提高其硬度和耐磨性。
虽然硬度是影响模具钢耐磨性的重要因素,但耐磨性还受到其他因素的影响,如模具钢的韧性、表面处理工艺、工作条件等。在实际应用中,需要综合考虑这些因素,选择合适的模具钢和热处理工艺,以满足模具的使用要求。