选择 60Si2Mn 钢主要是因为它具有高屈服强度，并且在特定的热处理工艺后能够保持硬度。在制造 Ti-6Al-4V 粉末压制模具时，该材料会经过 850–870 °C 的淬火和约 250 °C 的回火处理，以确保工具在极高的压制压力下保持刚性且没有塑性变形。
核心要点 使用 60Si2Mn 的基本目标是制造一个在载荷下几何形状保持不变的压制模具。通过热处理最大化强度，模具可以抵抗压制钛粉所需的高压，确保所有位移测量都反映粉末的行为，而不是工具的变形。
材料选择背后的工程逻辑
实现最大刚度
粉末压制模具的首要要求是结构刚度。
在压缩 Ti-6Al-4V 粉末时，工具会承受巨大的内部压力。选择 60Si2Mn 是因为它在冶金上能够显著提高屈服强度，防止模具壁在加工过程中膨胀或鼓胀。
特定的热处理规程
为了激活这些性能，原材料钢必须经过精确的热循环处理。
该规程包括在 850–870 °C 下淬火，然后在约 250 °C 下回火。这种特定的组合至关重要；淬火会形成坚硬的马氏体组织，而低温回火则能释放足够的内应力以防止立即开裂，同时不会显著牺牲硬度。
所得的机械性能
这种处理的结果是获得一个具有极高强度和硬度的工具。
与在重载下会屈服（拉伸）的较软钢材不同，经过热处理的 60Si2Mn 能够保持其形状，在粉末压制过程中充当真正的刚性边界。
模具在粉末压制中的作用
防止塑性变形
在模压过程中最关键要避免的失效模式是模具本身的塑性变形。
如果在实验过程中模具永久膨胀，则 Ti-6Al-4V 部件的密度计算将不正确。60Si2Mn 热处理确保材料严格在弹性极限内运行，在卸压后恢复到其原始尺寸。
确保数据精度
为了实验的准确性，几何稳定性是不可协商的。
研究人员依赖位移数据来了解粉末如何压实。如果工具变形，该运动会污染数据。刚性的 60Si2Mn 模具可确保记录的位移仅来自粉末致密化，而不是工具变形。
与 HIP 封装的区别
区分刚性模具与热等静压 (HIP) 中使用的封装很重要。
虽然 60Si2Mn 模具旨在抵抗变形，但在补充材料中提到的低碳钢封装则旨在发生塑性变形。封装将压力传递给粉末；模具则限制压力。理解这种区别对于正确的工具设计至关重要。
理解权衡
脆性与硬度
较低的回火温度 (250 °C) 优先考虑硬度而不是韧性。
虽然这使得模具极具抗变形能力，但它也比在较高温度下回火的钢材更易碎。该材料吸收冲击载荷的能力较弱。
做出符合您目标的正确选择
在选择粉末冶金的工具材料时，请将材料性能与工艺所需的特定机械功能相匹配。
- 如果您的主要关注点是精密模压：优先选择低温回火 (250 °C) 的 60Si2Mn，以最大化屈服强度并防止模具变形，确保准确的几何数据。
- 如果您的主要关注点是等静压传递 (HIP)：优先选择低碳钢封装，它们具有高延展性，能够发生塑性变形并将压力均匀传递给粉末。
当容器尺寸的完整性与所生产部件的密度同等重要时，请选择 60Si2Mn。
总结表：
| 特性 | 规格 / 要求 |
|---|---|
| 材料选择 | 60Si2Mn 钢 |
| 淬火温度 | 850–870 °C |
| 回火温度 | ~250 °C |
| 主要目标 | 最大化屈服强度和结构刚度 |
| 关键优势 | 防止塑性变形，确保数据准确 |
| 失效风险 | 如果错位则易碎 |
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参考文献
- Runfeng Li, Jili Liu. Inverse Identification of Drucker–Prager Cap Model for Ti-6Al-4V Powder Compaction Considering the Shear Stress State. DOI: 10.3390/met13111837
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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