1.硬度试验

硬度试验是预测模具材料的强度和耐磨性的简便方法。硬度的测定方法虽有多种，但基本上分为压入硬度法和反弹硬度法两类。

压入硬度法是将压头压入试验材料并通过测定其压痕大小来表示硬度的方法，常用的有布氏硬度试验、维氏硬度试验、洛氏硬度试验。

布氏硬度试验（JIS Z 2243）^[11]与其他压入硬度试验相比，压入力度和压痕较大，适于测定材料整体的平均硬度。所以常用来测定工模具钢中的锻钢和轧钢等。压头为硬质合金，试验力、压头直径、压痕直径可选用推荐配套组合。

维氏硬度试验（JIS Z 2244）^[12]的压头是正四棱锥金刚石。因为即使试验力变化，硬度也会保持一定，所以不受试样大小、厚度和测定区域大小的限制，可通过改变试验力来进行测定，比如可用于对从表层到内部有硬度变化的氮化层及渗碳层的硬度分布进行测定。

洛氏硬度试验（JIS Z 2245）^[13]通过三种试验力和两种压头（圆锥形金刚石、硬球）的组合，可对较大范围的硬度进行测定。测定时用金刚石压头或硬球压头先施加初始试验力，再施以全试验力，然后返回到初始试验力，通过压头的压入深度差即可求出硬度。

肖氏硬度试验（JIS Z 2246）^[14]是使撞销从一定高度落下冲击试验材料，根据撞销弹性回跳的高度来表征材料硬度的试验。试验设备是小型便携式且操作简便，所以便于大型件硬度的测定。加之压头较小，对热处理件也可进行测定。不过，肖氏硬度试验容易产生人为测定误差，可以作为参考值，而且由于是反弹硬度，还存在易受表面形状及 残 余应力影响^[16]

这些硬度之间有换算关系，表6-3为其中的一部分内容^[15]。

2.拉伸试验（JISZ2241）[16]

拉伸试验是对试样仅施以轴向载荷并缓慢拉伸至断裂，由此求得屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等值的试验。JIS中对各种试样有所规定。图6-11所示为较具有代表性的JIS4号试样的拉伸试样示意图。拉伸时的载荷用载荷传感器测定，其伸长量用标尺测量。就工模具钢来说，由于不出现屈服现象，因此利用负荷—伸长曲线来找出对应0.2%残留塑性变形的应力，并将其作为0.2%屈服应力。各种特性值的计算方法如下：

屈服强度（MPa）=屈服载荷（N）/试样的原始截面积（mm²）

抗拉强度（MPa）=最大载荷（N）/试样的原始截面积（mm²）

断后伸长率A=（断裂后的标距长度-原始标距长度）/原始标距长度

断面收缩率Z=（原始截面积-断裂后最小截面积）/原始截面积

表6-3 基于布氏硬度的钢材硬度概略换算表（摘自SAE J 417DEC83）

（续）

（续）

（续）

（续）

（续）(www.daowen.com)

（续）

（续）

注：1.该表基本上是AMS《MetalS Hand book》第八版第一卷表中的对应内容。为方便起见，对拉伸强度近似值追加了等价度量单位及超出推荐范围的布氐硬度。

2.括号（）所示单位及数值是根据JISZ8413及Z8438换算表，由pSi换算而来的。其中1MPa=1N/mm²。

3.表中括号[]内的数字，不是常用范围，仅供参考。

4.1kgf=9.8O665N。

图6-11 JIS4号试样的拉伸试样示意图

另外，当工模具钢处于超过50HRC的高硬度范围时，为防止源自螺纹孔的开裂还可以使用特殊试样。

3.弯曲试验（JIS Z 2248）^[17]

JISZ2248所规定的弯曲试验是将各种截面形状的试样，在规定的弯曲半径内，以一定的试验力方向弯曲至规定角度，然后检查弯曲部位是否有裂伤及其他损伤的方法。

从根本上来说JISZ2248所规定的弯曲试验是用于测定材料的应变能。而工模具钢的弯曲试验是为了测定对应弯曲应力的弯曲强度（抗弯强度）与达到断裂时的挠曲量，因此所用方法不同。一般对圆筒或矩形截面的试样，采用两个支撑点和一个加载点的三点弯曲试验法。

4.冲击试验（JIS Z 2242）^[18]

冲击试验在JISZ2242中作为金属材料的夏比冲击试验方法得到规定。冲击试验是用图6-12所示的试验机将试样冲断后，利用所耗能量来求得冲击韧度的试验。就工模具钢而言，对退火材料及热作模具钢等韧性较高的材料，使用3号试样（U型缺口）或4号试样（V型缺口）。对冷作模具钢和高速工具钢等高硬度材料，JIS中没有规定，一般使用缺口形状较为缓和的10R的C型缺口试样等。

试样的尺寸均为10mm×10mm×55mm。将这些试样装载到40mm间隔的试样架上，从缺口背面用摆锤一次性击断。摆锤落下后会因反作用而反向上摆。初期和冲击断裂后的上摆量势能差即为断裂吸收能量。

图6-12 夏比冲击试验机

冲击韧度的计算方法如下：

冲击韧度（J/cm²）=冲击吸收能量J/缺口部位的原始截面积cm²

此外，还有通过断口观察、测量脆性断口面积比及试样宽度膨胀量（横胀量）等来进行评定的方法。

另外，还可以进一步通过改变试验温度来进行冲击试验，作出冲击吸收能量及脆性断口面积比与试验温度的关系曲线。这里把脆性断口面积比达50%的试验温度叫做脆性转变温度。该转变温度越低，则表示韧性越高。脆性—延展性转变温度曲线如图6-13所示。