锻造模具材料的物理性能知识(附主材及优缺点介绍~)
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锻造模具材料的物理性能知识
通常，热作模具的工作温度在200℃～600℃甚至更高，在这样宽的温度区间以及脉冲式的热负荷和机械负荷长期作用下，会引起锻造模具材料组织的变化和性能(如硬度)的不稳定性，导致加速磨损、塑性变形和龟裂，从而使模具提前失效。
因此，锻模材料的稳定性对锻模的使用寿命具有重要的意义。
锻模材料良好的导热性和耐回火性，可使锻模在复杂的工作条件下保持模具表面的硬度和组织稳定性。
检查锻造模具材料组织稳定性常用的简单方法：在模具的工作温度长时间保温(通常选择预定的寿命期)，然后测量不同温度和不同时间的对应的硬度，硬度值可以定性地反映材料的抗拉强度和抗磨损的水平。
锻模材料是在高硬度、高强度、高耐磨性及足够韧性的状态下使用，其冷热加工都十分困难，因此，要求锻造模具材料应具有对模具的综合技术经济指标有重要影响的良好冶炼、铸造、锻造、切削加工、热处理和表面处理和冷热加工工艺性能。
锻造模具材料的冶金质量对模具的可靠性、寿命和经济性有十分重要的影响。
模具任何部位的低倍和高倍组织及力学性能都必须符合技术条件的要求，不允许有目视可见的非金属和金属夹杂物、缩孔、晶粒不均匀、严重偏析和疏松、白点、裂纹、萘状断口等低倍组织缺陷，以及过烧、过热、严重脱碳、渗碳等高倍组织缺陷。
模具钢的淬透性越高，其淬硬层(表面的马氏体组织至半马氏体组织的深度)越深，则模具耐磨性好。
淬透性是衡量模具钢接受淬火能力的重要标志，是选择模具钢及其热处理工艺的重要依据。
锻模材料要求导热性能好，以保证模具模膛表面的热量尽快传导散失，避免模具因工作部分表面温度过高而降低其力学性能。
保持模具应有的硬度，有利于减少热磨损及热疲劳损伤。
附主材及优缺点介绍~
1、方法描述：缠绕工艺基本用于制造中空、圆形或椭圆形结构件，如管道和槽。
纤维束经过树脂浸润后沿各种方向缠绕在芯轴上，工艺过程由缠绕机和芯轴转速控制。
树脂：无要求，如环氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛树脂等。
纤维：无要求，直接使用线轴架的纤维束，不需要机织或缝织成纤维布。
2）可通过测定穿过树脂槽的纤维束携带树脂量控制树脂含量。
4）结构性能优异，因为直线纤维束可以沿各个承载方向铺层。
5）使用低粘度树脂，需要注意力学性能和健康安全性能。
5、典型应用：化学品储藏罐和输送管，气缸，救火员呼吸罐。
树脂：通常为环氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛树脂等。
4）结构性能优异，因为纤维束沿直线排布，纤维体积分数较高。
5）纤维浸润区域可完全密闭，减少挥发物释放。
5、典型应用：房屋结构的梁和桁架，桥梁，梯子和围栏。
1、方法描述：将干纤维铺覆在下模内，可以预先施加压力使纤维尽量与模具形状贴合，并予以粘合绑定；然后，把上模固定在下模上形成型腔，再将树脂注入型腔。
通常采用真空辅助树脂的注入和对纤维的浸润，即真空辅助树脂注入工艺（VARI）。
一旦纤维浸润完成，即关闭树脂导入阀，并将复合材料进行固化。
树脂注入和固化既可以在室温下进行，也可以在加热条件下完成。
树脂：通常为环氧、聚酯、聚乙烯酯和酚醛树脂，双马来酰亚胺树脂可以在高温下使用。
缝合纤维更适合此工艺，因为纤维束间隙利于树脂传送；有专门研发的纤维可以促进树脂流动。
芯材：蜂窝泡沫不适用，因为蜂窝单元将被树脂充满，压力也会导致泡沫塌陷。
2）由于树脂被完全密封，健康安全，操作环境干净整洁。
4）结构件上下两面均为模具面，易于后续表面处理。
1）搭配使用的模具价格昂贵，为了承受较大压力，重量大，相对笨重。
5、典型应用：小型而复杂的航天飞机和汽车零部件，火车座椅。
七、其他灌注工艺-SCRIMP,RIFT,VARTM等。
1、方法描述：将干纤维以类似与RTM工艺中的方式铺覆，然后铺上玻纤布和导流网。
铺层完成后，用真空袋完全密封，在真空度达到一定要求时，将树脂导入整个铺层结构。
树脂在层合板中的分布依靠导流网引导树脂流动来实现，最后自上而下将干纤维完全浸润。
缝合纤维更适合此工艺，因为纤维束间隙加速树脂传送。
2)模具一面为真空袋，大大节省模具成本，且对模具承受压力的要求降低。
3)大型结构件也可以具有很高的纤维体积分数和较低的孔隙率。
4)标准的手糊工艺模具改造后可用于此工艺。
1)对于大型结构，工艺相对复杂，且修补无法避免。
2)树脂粘度必须非常低，也降低了力学性能。
5、典型应用：试制小型船艇，火车和卡车的车身板，风电叶片。
1、方法描述：纤维或纤维布由材料制造商使用含有催化剂的树脂预先浸润，制造方法为高温高压法或溶剂溶解法。
催化剂为室温潜伏型，使材料在室温下有几周或几个月的有效期；冷藏条件可以延长其储存期限。
预浸料可以手工或机器铺入模具表面，然后覆盖真空袋，加热至120-180°C。
可以用高压釜对材料施加额外的压力，通常可以达到5个大气压。
树脂：通常为环氧、聚酯、酚醛树脂，耐高温树脂如聚酰亚胺、氰酸酯和双马来酰亚胺也可使用。
2）材料具有优良的健康安全特性，工作环境洁净，潜在地节省了自动化和人工成本。
3）单向材料纤维成本最小化，无需中间工艺将纤维织成布。
4）制造工艺要求树脂高粘度浸润性良好，也优化了力学和热学性能。
5）室温下可工作时间的延长意味着，结构优化以及复杂形状的铺层亦很容易实现。
1）材料成本增加，但为了满足应用需求也是难以避免的。
2）需要高压釜完成固化，成本较高，操作时间较长且有尺寸限制。
3）模具需要承受高的工艺温度，对芯材有同样的要求。
4）对于较厚部件，预浸料铺层时需预抽真空，以排除层间气泡。
5、典型应用：航天飞机结构件（如机翼和尾部），F1赛车。
1、方法描述：低温固化预浸料制造工艺与高压釜预浸料完全相同，不同的是树脂的化学特性允许其在60-120°C实现固化。
对于低温60°C固化，材料的工作时间仅一周；对于高温催化剂（>80°C），工作时间可达到几个月。
树脂体系的流动性允许仅使用真空袋固化，避免使用高压釜。
高性能硬质合金模具材料研究
杨家伟;李延国;陆柱国;吴枚;;高性能球载高压电源[A];空间探测的今天和未来中国空间科学学会空间探测专业委员会第七次学术会议论文集（下册）[C];1994年。
谭荣乐;袁国兴;刘兴平;;高性能数值并行计算程序的移植[A];中国工程物理研究院科技年报（1999）[C];1999年。
董雨达;陈宏章;;高性能纤维增强热塑性复合材料的成型技术[A];第十届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];1993年。
刘雄亚;;高性能无机非金属复合材料的性能及应用[A];第十届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];1993年。
郑溥堂;;γ-DD8000我国的成套高性能HPGe谱仪[A];第五次全国核电子学与核探测器学术会议论文集（下）[C];1990年。
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