國內冷作模具鋼材料的發(fā)展方向

國內冷作模具鋼材料的發(fā)展方向

1模具行業(yè)展望在過去10年中，隨著“中國制造”的再次崛起，中國的槍支行業(yè)發(fā)展迅速，其產(chǎn)量約為15%，比國內生產(chǎn)總值高約1%。隨著全球經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)結構轉移,預計到2020年中國將成為世界制造強國和制造業(yè)中心,中國模具行業(yè)存在著廣闊的前景和前所未有的機遇。據(jù)預測,2013~2015年,我國模具行業(yè)年均增速仍將保持在10%左右,2015~2020年保持在8%左右。而根據(jù)《模具行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,到2015年我國模具總銷售額將達到1740億元,其中出口模具占15%左右,即40億美元左右;國內市場國產(chǎn)模具自配率達到85%以上,中高檔模具的比例達40%以上;模具標準件使用覆蓋率將從目前的55%提高到2015年的65%,2020年達到70%以上。模具行業(yè)的飛速發(fā)展也拉動了市場對模具鋼的需求,模具鋼產(chǎn)量不斷攀升。早期冷作模具的產(chǎn)值居模具制造業(yè)的首位,近年來由于塑料模具發(fā)展迅速,在不少發(fā)達國家冷作模具退居模具工業(yè)產(chǎn)值的第二位,但其產(chǎn)值仍占模具總產(chǎn)值的1/3左右。據(jù)國家統(tǒng)計局公布,2012年全國冷作模具鋼產(chǎn)量為7.1654億噸,同比增長3.1%,再創(chuàng)歷史新高。據(jù)《模具行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》預測,近5年來我國模具在國際模具市場上的比較優(yōu)勢仍舊存在,國內模具市場預期繼續(xù)看好。特別是冷作模具使用量最大的汽車行業(yè),預計“十二五”期間將會以年均10%左右的增長速度發(fā)展,加上我國龐大的機動車保有量(2009年底為1.86億輛,其中汽車7619.3萬輛,摩托車9453萬輛)所帶動的維修配件市場和出口市場,我國汽車零部件也將在1.5萬億元的龐大市場基礎上保持較高的增長速度,由此預計“十二五”期間汽車模具的年均增速不會低于10%。在今后的5年中,大型、精密、復雜、組合、多功能復合模具和高速多工位級進模、連續(xù)復合精沖模、高強度厚板精沖模將成為發(fā)展重點。在航空航天、高速鐵路、電子和城市軌道交通、船舶、新能源等領域要求的高強、高速、高韌、耐高溫、高耐磨性材料的新的成形工藝及模具制造,將有重大突破。根據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會規(guī)劃,“十二五”期間冷作模具鋼發(fā)展重點為以下幾個方面:(1)為C級汽車及以上等級中高檔轎車配套的汽車覆蓋件模具。(2)為電子、信息、光學等產(chǎn)業(yè)及精密儀器儀表、醫(yī)療器械配套的精密模具,包括精密沖模及特種材料和微特零件精密成形模等。有些超精密模具要向納米精密度領域發(fā)展。(3)大型及精密多工位級進模,包括汽車零部件和OA設備等大型多工位級進模及高速運行的長壽命精密多工位級進模等。(4)大尺寸零件和厚板精沖模及復雜零件連續(xù)復合精沖模等。(5)高強度板和不等厚板沖模。(6)高性能模具材料,如抗拉強度>800MPa的高強度鋼板模具鋼等。今后我國模具鋼的發(fā)展方向為:模具日趨大型化,尤其是模具成形零件日趨大型化,為提高生產(chǎn)效率,一模多腔,大型模塊鋼需求量將逐年增加;模具的精度越來越高,要求鋼材質量好、尺寸精度高、穩(wěn)定性好;中高檔模具鋼的需求量不斷增加,低檔模具鋼過剩。另外,隨著模具標準件應用的日益廣泛,模具標準化、商品化程度的提高,對模具鋼產(chǎn)品質量、品種規(guī)格和交貨周期將提出更高的要求。而我國冷作模具鋼生產(chǎn)總量雖不斷攀升,但品種仍較為單一,導致每年仍需從日本、德國、瑞典、奧地利、韓國等國家進口模具鋼材,使企業(yè)的模具生產(chǎn)成本居高不下。因此,開發(fā)國產(chǎn)新型高性能冷作模具鋼迫在眉睫。2冷作模具鋼的用量冷作模具鋼大體可分為:低合金冷作模具鋼、中合金冷作模具鋼和高碳高鉻型冷作模具鋼。在GB/T1299-2000《合金工具鋼》標準中,冷作模具鋼包含了11個鋼種,其中的Cr12(D3)、Cr2WMn(01)、Cr12MoV、Cr12Mo1V1(D2)等,用量占模具鋼總量的17%,占合金模具鋼總量的34%。在Cr12系列的模具鋼中,仍然以Cr12(D3)鋼為主,占該系列鋼的46%,而Cr12Mo1V1(D2)鋼僅占18.2%。但近年來發(fā)展較快,逐漸成為市場主流的Cr8系冷作模具鋼則尚未列入該標準中。2.1新型冷作模具鋼傳統(tǒng)的Cr12系冷作模具鋼如Cr12MoV、Cr12Mo1V1是我國20世紀末最常用的冷作模具鋼,熱處理后變形小、耐磨性高、承載力大,長期以來在國內大中型冷作模具中得到廣泛應用。但作為萊氏體鋼,其凝固組織中存在大量過剩的一次、二次網(wǎng)狀共晶碳化物,且偏析嚴重,雖然耐磨性好,但是其韌性差,并常因碳化物偏析引起熱處理后斷裂。為克服這些缺點,國內進行了大量的研究工作。昆明理工大學與鋼鐵研究總院研究了新型冷作模具鋼CPR的組織與性能,該鋼的特點是保持Cr含量不變,以保證良好的淬透性的同時降低了C的含量,增加了Mo、V的含量以進一步提高淬透性和回火穩(wěn)定性并細化晶粒,加入了適量的W(2.5%)使其耐磨性進一步增強。相比于D2鋼,CPR鋼具有更好的回火穩(wěn)定性。江蘇大學與天工集團合作研究了鈰對D6冷作模具鋼中共晶碳化物的影響,認為隨著鈰含量的增加共晶碳化物網(wǎng)格尺寸變小,當坯料中鈰含量由0.038%增加到0.073%時網(wǎng)格尺寸減小約50%,網(wǎng)格厚度變薄,甚至網(wǎng)狀結構被破壞,鋼材中共晶碳化物的級別隨鈰含量增加而降低。此外,天工集團與鋼鐵研究總院、江蘇大學研究了不同鍛造方式對共晶碳化物的影響,對5t的扁鋼錠進行改鍛,認為改變鋼錠鍛造方向,由厚度方向變?yōu)閷挾确较?能夠顯著改善共晶碳化物分布,心部共晶碳化物不均勻度由7級改善為4級以下,從而明顯提高材料的質量。東特集團大連特鋼、撫順特鋼研究了Cr12MoV厚扁鋼的冶煉、鍛造、錠型的控制與優(yōu)化技術,研究了鍛比和錠型尺寸對D2鋼共晶碳化物不均勻度以及精煉工藝和重熔電極表面條件對鋼中氧含量的影響規(guī)律。生產(chǎn)了厚度95~130mm、中心疏松≤4.0級、錠型偏析≤4.0級的厚扁鋼。北京科技大學與馬鋼開發(fā)了新型模具鋼Cr12MoVNbRE,研究了其奧氏體化溫度與時間對其硬度的影響。2.2冷作模具鋼的二次硬化以Cr12Mo1V1(D2鋼)為代表的高碳高鉻型冷作模具鋼耐磨性好,但韌性不足,而中低合金冷作模具鋼韌性較高而耐磨性不足,為了解決這一問題,美國、瑞典、日本等國家先后于20世紀70~80年代,開發(fā)了一批高韌性、高耐磨冷作模具鋼,尤其以Cr8型冷作模具鋼為代表,如日本日立公司研制的SLD-magic,日本大同公司的DC53,瑞典一勝百公司的ASSAB88,美國VASCO公司的VascoDie、VascoWear,日本山陽特殊鋼公司的QCM-8等鋼號。Cr8系冷作模具鋼材料由于降低了C和Cr含量,比D2鋼具有更好的共晶碳化物分布,成功地解決了Cr12型冷作模具鋼韌性不足的問題。國外典型Cr8系冷作模具鋼如表1所示。在國內,謝殷子等以Cr8系冷作模具鋼的合金化原理為思路,在Cr12MoV成分的基礎上適當降低C、Cr含量以改善共晶碳化物偏析,同時提高Mo、V含量以細化晶粒,增強鋼的二次硬化能力。開發(fā)出了SDC90、SDC99等Cr8系高韌性、高耐磨的冷作模具鋼,其力學性能已達到甚至優(yōu)于進口Cr8系冷作模具鋼,如圖1所示。昆明理工大學與鋼鐵研究總院研究了Cr8Mo2SiV二次硬化機理以及不同Nb-V含量對于Cr8冷作模具鋼微觀組織和力學性能的影響,基于以Nb代替V的設想,分別研究了0.6%、1.32%的Nb含量對Cr8系冷作模具鋼的影響,發(fā)現(xiàn)Nb提高MC型碳化物析出溫度,隨Nb含量升高,鋼的韌性降低。此外,分析研究了不同奧氏體化溫度對冷作模具鋼D2和DC53鋼碳化物溶解情況的影響,結果表明在950℃以后,2種鋼中的碳化物的體積分數(shù)相差10%左右。D2鋼的碳化物類型主要為M7C3型,DC53鋼的碳化物在低于1000℃時主要為M23C6型,高于1200℃時為M7C3型。高于1200℃時,DC53鋼碳化物基本溶解,而D2鋼在1300℃高溫時還有少量的碳化物。平均粒徑為0.4~0.6μm的碳化物數(shù)量最多,在0.6~1.2μm粒徑區(qū)間的碳化物數(shù)量隨溫度的增高而遞減。隨著奧氏體化溫度的升高,未溶碳化物的面積分數(shù)逐漸減少。東特集團與昆明理工大學、遼寧石油化工大學等研究了Si、鑭鈰合金和稀土鎂以及熱處理工藝對冷作模具鋼性能的影響,認為隨著Si含量的增加,共晶碳化物尺寸變大,數(shù)量增多,淬火峰值硬度向高溫區(qū)移動。經(jīng)1030℃淬火,550℃回火后,隨著Si含量的提高,鋼的二次硬化能力和沖擊韌性明顯提高。Cr8Mo2SiV鋼最佳的Si含量為1.5%。0.05%鑭鈰合金和0.05%稀土鎂可使實驗鋼萊氏體及共晶碳化物形態(tài)更加圓潤,不構成網(wǎng)狀可提高鋼的熱塑性,便于熱加工成型。鋼鐵研究總院、昆明理工大學、河冶集團等研究了Nb、Al熱處理工藝對Cr8WMo2V2SiNb組織與性能的影響。認為隨著Nb含量提高,鋼的鑄態(tài)組織和共晶碳化物形態(tài)得以改善,難熔Nb的碳化物增多,明顯抑制了淬火奧氏體晶粒長大;加Nb可相應提高淬火溫度,增加鋼的二次硬化能力和耐磨性,使鋼具有較高綜合力學性能。鋁能夠細化鑄態(tài)組織;細化碳化物顆粒尺寸;提高臨界點溫度,使淬火組織中容易出現(xiàn)鐵素體組織;細化奧氏體晶粒尺寸;促進殘留奧氏體向馬氏體轉變,提高回火硬度;在韌性損失不大的情況下提高鋼材的抗彎強度和耐磨性。Cr8WMo2V2SiNb在1100℃淬火,520℃回火后,硬度62.5HRC,沖擊功8.7J。2.3碳化物形態(tài)的改善由于傳統(tǒng)的高碳高合金模具鋼冶煉工藝使用大型鑄錠,鋼液的凝固速度非常緩慢,其顯微組織中出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物。經(jīng)過軋制或鍛造之后,碳化物呈條狀分布。這種形態(tài)的碳化物對于抵抗磨損有利,但嚴重降低材料的韌度和疲勞強度。因此,需尋求新的冶煉方法,改善碳化物的形態(tài)并使之均勻分布。這樣,既可以充分發(fā)揮碳化物對提高硬度、抵抗磨損的作用,又不會對疲勞強度和韌度帶來明顯的負面影響。2.3.1噴射成形技術的發(fā)展歷程在國外,工模具鋼冶煉的新工藝主要有以下2種。(1)粉末冶金(PM)。首先,使用氮氣把熔融鋼液霧化成極其細小的顆粒并迅速凝固,使碳化物根本來不及長大。然后,通過熱等靜壓把粉末壓制成鋼錠,采用傳統(tǒng)的軋制或鍛造工藝最終得到組織均勻、碳化物細小而且隨機分布的材料。在最新的粉末冶金工藝中還采用了純凈化技術,使粉末冶金材料的純凈度進一步提高。(2)噴射成形(SF)。這是生產(chǎn)工具鋼的一種獨特工藝。熔融鋼液通過噴嘴噴向旋轉的圓盤并在撞擊圓盤時迅速凝固,圓盤緩慢移動,由噴射的鋼液凝固形成的鋼錠逐漸積累長大。鋼錠通過傳統(tǒng)的軋制或鍛造成為鋼材。鋼液的凝固速度介于PM和ESR之間,其組織結構與PM材料相同,但碳化物稍粗大。其生產(chǎn)成本低于粉末冶金,目前在高合金材料中應用前景廣泛。到目前為止,很多高品質的高合金工模具鋼仍然是采用粉末冶金方法生產(chǎn),如瑞典的Uddeholm公司、奧地利的Bohler公司、美國的Crucible公司和日本的大同等都是能生產(chǎn)粉末冶金高合金高速鋼、工模具鋼的著名公司。然而高的生產(chǎn)成本及復雜的生產(chǎn)工序限制了粉末冶金產(chǎn)品的市場滲透。與粉末冶金和傳統(tǒng)鑄造相比,噴射成形可由熔融金屬一次直接成形,隨即進行鍛造等后續(xù)加工處理,工序簡單成本更低。1980年英國的Aurora鋼鐵公司開始將噴射成形原理應用于高合金工具鋼和高速鋼的生產(chǎn),稱之為“控制噴射沉積法”(CSD)。歐洲英國特冶產(chǎn)品公司、丹麥Danish鋼廠、德國MannesmannDemag公司和Osprey公司花費4年時間共同研究驗證噴射成形技術作為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)鋼的可行性,分別制備了8種合金,其中大量的工作集中于Cr12MoV(AISID2)冷作模具鋼。選擇該鋼種是因為其組織性能與傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)品易于比較。最后研究結果認為通過噴射成形工藝可以生產(chǎn)一種幾乎完全致密的沉積物,該工藝的優(yōu)點是可以獲得一個基本無宏觀偏析的組織,晶粒細小且均勻分布,并且具有潛在的、相當或優(yōu)于粉末冶金產(chǎn)品性能的能力。坯料的可鍛性明顯提高,易于加工成最終成品。隨著噴射成形技術的進一步發(fā)展,研究鋼種范圍也進一步擴大,生產(chǎn)大尺寸的工具鋼鋼坯已成為可能。OspreyMetals等公司已噴射直徑?250、?325、?400mm,長12000mm左右的高速鋼工件,這些工件經(jīng)過擠壓處理后可獲得完全致密和性能類似于粉末冶金的合金。目前世界上將噴射成形工藝應用在制造高合金工具鋼較為成功的是丹麥DanSpray公司。DanSpray用4t的熔煉爐生產(chǎn)直徑?500mm、長24000mm的工具鋼棒坯,生產(chǎn)時采用雙噴嘴,可使收得率提高到90%,氮氣消耗量降低25%。在該設備上生產(chǎn)出的工具鋼鋼坯是世界上同類產(chǎn)品中最大的。已有的研究結果表明,噴射成形高速鋼性能遠遠高于傳統(tǒng)鑄造工藝下的同類材料。我國的噴射成形技術研究最早始于中科院金屬所,到目前為止研究的學者很多,但研究材料主要是鋁合金、鎂合金、銅合金及高溫合金等。在鋼鐵材料方面的研究主要以章靖國、孫德生等為代表,主要研究了噴射成形高鉻鋼-碳鋼復合軋輥、噴射成形Cr12MoV、GCr15軸承鋼、高速鋼、超高碳鋼等,對這些材料進行了深入的機理研究并取得了一定的成果。作者認為,由于噴射成形工藝本身的特點:成本高于傳統(tǒng)鑄造而低于粉末冶金同時具有粉末冶金及快速凝固的諸多優(yōu)點,噴射成形鋼鐵材料的研究應定位在高碳高合金高附加值材料以及其他方法難于生產(chǎn)的復合管材、不銹鋼等。比如,價格昂貴的進口高品質粉末冶金高速鋼、模具鋼等均可嘗試采用噴射成形工藝來制造,在一些材料的制備上完全有望取代粉末冶金。寶鋼首次采用噴射成形工藝制備Vanadis4高碳高合金冷作模具鋼(成分:C1.5%、Si1.0%、Mn0.4%、Cr8.0%、Mo1.5%、V4.0%),并通過后續(xù)軋制和球化退火工藝組合得到了理想的球化組織。2.3.2提高了氫脆材料的熱性能國內各大特鋼生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到改善冷作模具鋼中共晶碳化物的數(shù)量、尺寸與分布的重要性,紛紛著眼于研發(fā)新型冶煉技術。東特集團研制出一種?300mm~?700mm高碳高鉻冷作模具鋼鍛造圓鋼制造新工藝,目的是解決大型鋼錠的鑄態(tài)組織碳化物偏析惡化、造成大截面鍛材共晶碳化物不均勻度十分嚴重以及鍛造過程中的內裂和表面裂紋缺陷增加的問題。通過采用LF精煉、VD脫氣、喂鋁線等煉鋼工藝措施提高了鋼水潔凈度,對電渣重熔輸出功率的控制以及鍛造前均質化處理,改善共晶碳化物偏析和鋼的熱加工塑性;并通過對大型高碳高鉻鋼錠的鍛造火次和不同變形量控制,破碎大顆粒碳化物和改善共晶碳化物不均勻度、防止鍛造過程中裂紋缺陷,生產(chǎn)的高碳高鉻鋼大截面鍛材達到共晶碳化物不均勻度4級~6級;超聲波探傷達到E/e級、D/d級良好水平。攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司研制了一種高碳高鉻冷作模具鋼大型餅類鍛件的制造方法,使產(chǎn)品成材率提高了40%~60%。寶山鋼鐵股份有限公司研究了一種高碳高合金冷作模具鋼大鑄錠的熱加工開坯的生產(chǎn)方法,使鑄錠錠型增大,生產(chǎn)周期大大縮短;能耗大大降低,成坯率提高。鋼鐵研究總院申請了一種氣氛保護電渣重熔用精煉劑,能夠在不影響現(xiàn)有氣氛保護電渣重熔的生產(chǎn)工藝的前提下,有效地降低合金產(chǎn)品O、S、P等雜質元素含量,減少合金中非金屬夾雜物含量且不引入新的雜質元素,從而改善了合金產(chǎn)品的冶金質量。內蒙古北方重工業(yè)集團有限公司研制了一種多邊形鋼錠水冷模鑄法及水冷模鑄裝置,其生產(chǎn)的鋼錠規(guī)格外接圓直徑≤?1510mm、錠身高度≤5000mm;鋼錠成材率≥95%;橫截面等軸晶率≥30%,可有效提高材料利用率,減少鋼錠模具損耗,提高鑄錠質量。由此可見,在冷作模具鋼成分設計趨于穩(wěn)定的情況下,國內冷作模具鋼行業(yè)的核心技術已經(jīng)從2005年開始的成分控制轉變?yōu)橐睙捁に嚨膬?yōu)化和鍛造方式的探索。2.3.3國內關于深冷處理的研究現(xiàn)狀深冷處理由蘇聯(lián)科學家于1939年提出,但20世紀60年代末其應用意義才為美國等國家的學者所重視,深冷處理依靠極低的成本使模具材料的整體性能(主要是耐磨性能)得以提升,相關研究表明,經(jīng)深冷處理的模具鋼與未經(jīng)深冷處理的模具鋼相比,雖然硬度增加有限,但其磨粒磨損抗力顯著提高,耐磨性比原來提高2~6.6倍,且經(jīng)-190℃深冷處理的工件的耐磨性是經(jīng)-84℃冷處理的2.6倍。然而其作用機理一直無法揭示,從20世紀90年代開始,隨著檢測技術的進步,各國學者紛紛開展對深冷機理的研究。國內近幾年對深冷處理的研究主要集中在上海大學、昆明理工大學、中南大學等。李紹宏[39,40,41,42,43,44,45,46,47]等研究了高強韌冷作模具鋼SDC99、Cr12MoV深冷處理前后的性能與組織,認為經(jīng)不同工藝深冷處理后,SDC99和Cr12MoV硬度都有1~3HRC的提高,但沖擊韌性均有不同程度的下降。并認為淬火+回火+深冷(20h以上)+回火可使冷作模具鋼獲得最佳的性能配比。此外,研究了試樣深冷處理前后內耗譜的變化(見圖2),認為深冷處理使碳化物析出的動力增強,與未深冷處理的試樣相比,經(jīng)深冷處理的試樣在較低溫度回火就能析出更多的碳化物。寶鋼廣州南方貿(mào)易公司與中科院聯(lián)合研究了深冷處理對熱作模具鋼X20CoCrWMo組織與性能的影響。認為深冷處理可以不同程度地提高鋼的硬度和耐磨性,對比不同回火溫度與時間的性能,制定該鋼適宜的深冷處理工藝為:1120℃淬火,深冷處理8h,650℃回火1h。該深冷時間與上海大學相關研究有一定吻合。然而,至今深冷處理的機理仍沒有統(tǒng)一的定論、直接的證據(jù)及全面的解釋,該領域仍存在的許多未解之謎亟需進一步探討。3高強鋼板的應用隨著汽車“節(jié)能減排”呼聲的不斷高漲,汽車輕量化成為必行之路。汽車減重必須采用高強度鋼板,目前國內已能生產(chǎn)870MPa高強板的整副成形模。而國外1200MPa以上的高強鋼板也已應用于生產(chǎn)高檔車的車身。在高強度鋼板的成形和沖切中,執(zhí)行工藝所需要的力大于加工相同厚度的軟鋼板,因而對冷作模具鋼的強度和耐磨性要求會更高。國內通常采用硬度>59HRC的冷作模具鋼進行表面處理,然而,目前的冷作模具鋼韌性、耐磨性不足,無法應對800MPa以上的高強鋼沖切生產(chǎn),容易發(fā)生拉毛、磨損等失效現(xiàn)象,因此,國內外對相關問題進行了大量研究。3.1國外的科學研究近幾年,國外對高強鋼板沖模材料的研究主要集中在磨損性能、拉毛性能、表面處理幾方面。3.1.1沖模和拉毛性能OmerNecatiCora等研究了高強鋼板沖壓過程中模具的磨損性能,該研究對比了幾種典型高強鋼板沖模材料D2、Vanadis4、Vancron40、K340、Caldie、Carmo、0050A,沖壓鋼板為DP600,用三維表面映射方法測試了磨損后表面粗糙度值,如圖3所示。磨損率如圖4所示。由此可見,粉末冶金材料Vancron40、Vancron4性能最好,這與其他文獻資料結果一致。而低合金鋼0050A性能最差。PaulC.Okonkwo等研究了磨損過程中溫度對磨損性能的影響。采用了銷盤試驗,銷(AISI1018,含C0.13%),對磨材料為D2,試驗結果如圖5所示。作者認為,室溫和50℃時,主要磨損形式是黏著磨損,而100℃以后,磨損量急劇增加,將沖模工作溫度控制在50℃左右,可改善其磨損性能。KunichikaKubota等研究了SLD-magic、SKD11、D2鋼等沖模材料的磨損與拉毛性能,認為與其他Cr8系材料相比,SLD-magic的摩擦磨損性能最好,這與其韌性值較高有很大關系(見圖6)。瑞典烏德霍姆公司的Tofique研究了用于不銹鋼板沖孔的粉末冶金材料性能,使用了3種粉末冶金模具鋼(Vanadis4、Vanadis23、Vancron40)沖裁3種不同牌號、不同厚度不銹鋼板(AISI304、AI-SI316L、LDX2101)。發(fā)現(xiàn)使用壽命依次為:V4>V23>V40,這與其他實驗室研究中的結果不同,說明同硬度條件下,模具材料韌性好,使用效果好。德國的Nothhaft等研究了不同材料(1.2379、西班牙粉末冶金材料CUT0)及其幾何形狀在超高強鋼切削過程中的磨損性能,圖7為10萬次沖裁后,2種材料的磨損情況。奧地利的Schneider等研究了不同工具鋼材料(1.2379、caldie)及表面處理(氮化、激光硬化),切削HCT980C先進高強鋼板的磨損性能,認為即使氮化處理后,caldie的性能仍很不理想。3.1.2電渣3d鋼和pm-原理HyunokKim等研究了鍍鋅高強鋼板的拉毛性能,使用D2鋼作為沖模材料,所用鍍鋅高強鋼板如表2~4所示。瑞典的Karlsson比較了電渣D3鋼和PM-Vancron40工具鋼中的硬質相尺寸及分布對早期拉毛的影響,認為抗拉毛性能與硬質相尺寸、高度、體積分數(shù)分布有關。PM鋼含總體積分數(shù)19%的M(C,N)C和M6C型碳化物,平均高度和寬度分別為15~20nm和1~3μm;電渣D3鋼含13%M7C3碳化物,約7nm高,5~10μm寬,因此,PM鋼抗拉毛性能更好。3.1.3其他高強材料的抗拉毛性能AliAgcayaz?等研究了不同涂層(PVD、CVD、TD)對基體為DC53、SKD11沖模材料磨損性能的影響。試驗中采用了DP1000高強鋼材料以及成分系列為Cr5、Cr8、Cr12的冷作模具鋼。從表5及圖8可以看出,CVD處理的抗拉毛效果優(yōu)于PVD、TD處理。瑞典的G??rd研究了有/無涂層對工具鋼抗高強碳鋼拉毛性能的影響,所用材料為D2和粉末冶金Vancron40,認為Vancron40并未展現(xiàn)出特殊的抗拉毛性能而D2+CrN抗拉毛性能最好。圖9為D2、Vancron40、D2氮化+CrN、D2+CrN的抗拉毛性能。3.2模具的選擇和加工國內目前對高強鋼板沖模材料性能的研究尚處于起步階段,僅有一些生產(chǎn)中的經(jīng)驗作為參考。主要有以下幾個方面。(1)涂層的選擇。表面涂層的作用主要是防止磨損和粘著,在判斷是否采用涂層之前,首先應當弄清磨損類型。先進高強度鋼板對模具的磨損和粘著與其組織結構有密切關系。雙相鋼板對模具主要產(chǎn)生粘著磨損,所以涂層非常有效;帶有鍍層的鋼板,本身的鍍層具有很好的潤滑作用,所以一般情況下模具不需要涂層;熱軋微合金鋼板對模具的磨損表現(xiàn)為粘著和磨粒的混合磨損,如果在非酸洗表面狀態(tài)下沖裁,則主要表現(xiàn)為磨粒磨損,在這種情況下,模具表面的涂層可以明顯減輕磨損;馬氏體鋼鋼板沖裁時以磨粒磨損為主,但是模具表面涂層沒有太好效果,因為涂層容易產(chǎn)生疲勞裂紋而剝落,為了防止崩刃,模具刃口也不應該進行氮化處理。(2)模具鋼的選擇。鋼種不同,對模具的要求也各異。(1)熱軋微合金鋼板。這類鋼板含碳量較高,故硬度較高,厚度一般較厚,在非酸洗狀態(tài)下表面有氧化皮。這類鋼板對模具的要求最為苛刻。對于較薄板料的中、短期生產(chǎn),推薦使用Cr8型材料;在同時要求耐磨損和抗崩刃性能時,推薦使用Vanadis4Extra;在長生產(chǎn)周期下,落料或沖孔非酸洗表面鋼板時應當使用無涂層Vancron40。(2)冷軋雙相鋼板。如果預計有崩刃危險時,推薦使用caldie,如果是強度比較低的雙相鋼板則caldieGranshots亦可應用;在同時要求高耐磨性和高抗崩刃性能時,推薦使用Vanadis4Extra;