熱作模具鋼專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)筆記

即hotstamping，presshardening，diequenching和hotpressing[15-20]。合金鋼種類(lèi)很多，通常按合金元素含量多少分為低合金鋼（含量＜5％），中合金鋼（含量5％～10％），高合金鋼（含量＞10％）；按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；按特性和用途又分為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動(dòng)軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼（如軟磁鋼、永磁鋼、無(wú)磁鋼）等。鐵素體不銹鋼是在室溫下以鐵素體組織為主的鐵2鉻合金。這類(lèi)鋼不含鎳或含少量鎳,是一類(lèi)節(jié)鎳型不銹鋼,具有良好的耐蝕性和抗氧化性能,其抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼,但價(jià)格比奧氏體不銹鋼低,廣泛應(yīng)用于家電、汽車(chē)和石油化工等行業(yè)。按鋼中(碳+氮)含量,鐵素體不銹鋼可分為常規(guī)鐵素體不銹鋼[w(C+N)>0103%],超低碳鐵素體不銹鋼[w(C+N)≤0103%],高純鐵素體不銹鋼[w(C+N)≤0102%]和超純鐵素體不銹鋼[w(C+N)≤0101%]。2、如含硼鋼板，在鋼的組織轉(zhuǎn)變時(shí)，延遲鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增加了鋼的強(qiáng)度。3、瑞典律勒歐理工大學(xué)在2002年采用Gleeble1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)超高強(qiáng)度熱沖壓鋼板22MnB5瑞典SSAB公司開(kāi)發(fā)了熱軋硼鋼板DocolBoron02/Domex024B和DocolBoron04/Domex044B，其化學(xué)成分如表3所示，材料淬火前后的性能如表4所示。4、流動(dòng)應(yīng)力？5、通過(guò)測(cè)定裂紋的總面積及在試樣表面所占的百分?jǐn)?shù)（A%）、最寬主裂紋的寬度（Wmax）和熱疲勞裂紋的總長(zhǎng)度(L)，定義表面損傷因子Ds=A×W/L；通過(guò)測(cè)定橫截面上裂紋的面積（P%）、最深裂紋的深度（dmax）及5條主裂紋的平均深度（d5A，稱(chēng)為5強(qiáng)平均深度），定義裂紋深度損傷因子Dd＝P×dmax/d5A。以D=Ds×Dd表示總的熱疲勞損傷因子，D值越大表示熱疲勞損傷程度越大。6、回火穩(wěn)定性：硬度。什么可以影響？7、從這兩處的能譜結(jié)果可知，這下白色的小圓圈就是V的碳化物。在基體組織中沒(méi)有找到V，說(shuō)明在這個(gè)鋼中，絕大多數(shù)V都已經(jīng)形成了碳化物，含V的碳化物均勻、彌散、細(xì)小地分部在馬氏體基體上。這是這種鋼與一般的H13鋼的最大不同。通過(guò)前期對(duì)進(jìn)口模具的研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的H13鋼的碳化物尺寸控制在450納米以下，平均碳化物尺寸大概在300納米左右，國(guó)內(nèi)的H13鋼目前還達(dá)不到這一水平。8、水韌處理：watertoughening定義：為了改善某些奧氏體鋼的組織以提高韌性，將鋼件加熱到高溫使過(guò)剩相溶解，然后水冷的熱處理工藝。水韌處理實(shí)際為一種固溶處理,常用于高錳鋼，由于高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體，碳化物及少量的相變產(chǎn)物珠光體所組成。沿奧氏體晶界析出的碳化物降低鋼的韌性，為消除碳化物，將鋼加熱至奧氏體區(qū)溫度（1050-1100℃，視鋼中碳化物的細(xì)小或粗大而定）并保溫一段時(shí)間（每25mm一般的水地韌處理為ＺＧＭｎ１３類(lèi)高錳鋼，主要用于承受沖擊載荷工作的零件，其它如陸豐所言．

奧氏體表面在受到?jīng)_擊作用時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，當(dāng)硬化層被磨／崩掉后，又露出新鮮的奧氏體，重新硬化，如此反復(fù)．

因其有強(qiáng)烈的加工硬化，故不可采用機(jī)械加工方法成形，主要用鑄造方法所得，所以為鑄鋼．

近年來(lái)有降低含錳量的做法，做出中錳鋼，同樣可以采用水韌處理．

主要用于，坦克／推土機(jī)之履帶，鐵路扳叉等，還可用于強(qiáng)力拋丸機(jī)之內(nèi)壁．以增其耐磨性（一般廠家為節(jié)省成本不用此鋼在拋發(fā)丸機(jī)上）

中錳的可用于農(nóng)業(yè)機(jī)械之脫粒機(jī)等場(chǎng)合．

在模具鋼中，早期的（約１９８２年出版的書(shū)中就有此說(shuō)法）雙細(xì)化處理工藝第一步有時(shí)稱(chēng)之為水韌（或油韌）

具體為在模具鋼進(jìn)行鍛造后，在鋼之ＡＣｍ點(diǎn)上，將鋼淬入熱水中（稱(chēng)水韌），淬入油中（稱(chēng)油韌），目的在于將碳化物大部分溶入奧氏體中，在淬火后重新高溫回火后得到細(xì)而均勻的精粒狀碳化物．再進(jìn)行正常（或比正常奧體化溫度略低）加熱淬火，以期提升模具的韌性，耐磨性．9、《含鈮熱作模具鋼中碳化物的演變對(duì)熱穩(wěn)定性的影響》SDH8Nb鋼是在H13鋼的基礎(chǔ)上采用了降Si增Mo降V的合金化思路進(jìn)行了合金成分調(diào)整，同時(shí)加入了適量的Nb元素，設(shè)計(jì)出的新鋼種。10目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專(zhuān)門(mén)的適合熱沖壓成形的模具材料。世界頂級(jí)模具鋼生產(chǎn)企業(yè)瑞典回火爐空冷至室溫。16、在鐵素體基體或其間分布著許多M/A島？17、凡是偏聚于γ/α相界又能使碳在γ-Fe中的活度ac下降的元素將產(chǎn)生類(lèi)拖曳作用，延緩γ-α轉(zhuǎn)變，使曲線出現(xiàn)彎折。18、逆轉(zhuǎn)變奧氏體：馬氏體相變往往具有可逆性，即把馬氏體（低溫相）以足夠快的速度加熱，可以不經(jīng)分解直接轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵啵赶啵?。母相向馬氏體相轉(zhuǎn)變開(kāi)始、終了溫度稱(chēng)為Ms、Mf；馬氏體向母相逆轉(zhuǎn)變開(kāi)始、終了溫度稱(chēng)為As、Af。具有馬氏體逆轉(zhuǎn)變，是Ms與As相差很小的合金，將其冷卻到Ms點(diǎn)以下，馬氏體晶核隨溫度下降逐漸長(zhǎng)大，溫度回升時(shí)馬氏體片又反過(guò)來(lái)同步地隨溫度上升而縮小，這種馬氏體叫熱彈性馬氏體。在此以上某一溫度對(duì)合金施加外力也可引起馬氏體轉(zhuǎn)變，形成的馬氏體叫應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。有些應(yīng)力誘發(fā)馬氏體也屬?gòu)椥择R氏體，應(yīng)力增加時(shí)馬氏體長(zhǎng)大，反之馬氏體縮小，應(yīng)力消除后馬氏體消失，這種馬氏體叫應(yīng)力彈性馬氏體。應(yīng)力彈性馬氏體形成時(shí)會(huì)使合金產(chǎn)生附加應(yīng)變，當(dāng)除去應(yīng)力時(shí)，這種附加應(yīng)變也隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超彈性（偽彈性）。母相受力生成馬氏體并發(fā)生形變，或先淬火得到馬氏體，然后使馬氏體發(fā)生塑性變形，變形后的合金受熱（溫度高于As）時(shí)，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變，回復(fù)母相原始狀態(tài)；溫度升高至Af時(shí)，馬氏體消失，合金完全回復(fù)到原來(lái)的形狀，實(shí)際上這個(gè)就是形狀記憶合金的原理，記憶合金目前已發(fā)展到幾十種，在航空、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著用途，而且發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)勁。在碳鋼中，淬火獲得馬氏體后，再次加熱到奧氏體化溫度應(yīng)該可以獲得奧氏體，這種奧氏體不能叫逆轉(zhuǎn)變奧氏體。一般材料很少提到逆變奧氏體，馬氏體不銹鋼或沉淀硬化不銹鋼時(shí)見(jiàn)的可能多點(diǎn)。

1.逆變奧氏體的形成(形核和長(zhǎng)大)必須具備的條件：原生馬氏體板條直到加熱至稍高于Ac1點(diǎn)是穩(wěn)定的。在略低于Ac1(As)點(diǎn)回火時(shí)，馬氏體中過(guò)飽和的C部分以碳化物的形式在板條間界面彌散析出，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。當(dāng)回火溫度升至稍高于As點(diǎn)時(shí)，逆變奧氏體相的核心就通過(guò)切變方式在此高Ni區(qū)直接生成，并沿板條界面縱向長(zhǎng)大成極細(xì)的針條狀逆變奧氏體。在-196℃《熱沖壓成形22MnB5鋼板的組織和性能》摘要:采用掃描及透射電鏡觀察和力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究了22MnB5鋼板熱沖壓成形件的組織形貌和力學(xué)性能。結(jié)果表明，加熱溫度930℃，保溫4.5min，初始成形溫度850℃，沖壓速度75mm/s條件下，22MnB5鋼板熱沖壓成形完成完全馬氏體轉(zhuǎn)變，得到均勻板條馬氏體組織，組織內(nèi)產(chǎn)生高密度位錯(cuò)，強(qiáng)度大幅提升，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1550MPa。形變有助于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶并獲得更為細(xì)小的馬氏體組織，促進(jìn)細(xì)晶強(qiáng)化。硼元素在晶界發(fā)生偏聚，延長(zhǎng)奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)杏冢岣吡?2MnB5鋼的淬透性，同時(shí)引起點(diǎn)陣畸變，促進(jìn)相變強(qiáng)化。superiorthermalfatigueresistancecomparedwithnickel-basesuperalloys.[4]4.A.M.Beltran:inSuperalloysII,C.T.Sims,N.S.Stoloff,andW.C.Hagel,eds.,JohnWiley&Sons,NewYork,NY,1987,pp.135-63Theyusuallyconsistofamatrixofcobaltsolidsolutionsandavarietyofprecipitatedphasessuchascarbidesorintermetalliccompounds.若鍛打時(shí)停鍛溫度較高,冷卻又較緩慢時(shí),球化退火后組織中可能出現(xiàn)二次碳化物網(wǎng)絡(luò),這些都是模具早期脆性開(kāi)裂的主要原因,也是國(guó)產(chǎn)H13鋼普遍存在的質(zhì)量問(wèn)題,因此要嚴(yán)格控制鍛造工藝。由于具有均勻膨脹性,并且在時(shí)效前易切削加工,使得馬氏體時(shí)效鋼可用于裝配線上的高磨損單元以及用作模具制造如鍛模,鋁合金擠壓模及工具材料。HTCS-130可借鑒：由圖1可以估計(jì),合金在130。℃時(shí),W在y相中的溶解度為20多左右,而在60℃時(shí),W在y相中的溶解度僅為S拓左右,因而Fe一W一Co系具有強(qiáng)烈的時(shí)效硬化能力為了保證合金時(shí)效后具有高的硬度,要求設(shè)計(jì)合金的馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度在室溫以上,’以保證淬火后沒(méi)有殘余奧氏體。對(duì)不含Ni的合金,這是不成問(wèn)題的。但加入減之后情況就可能不同了。Wiison[川等在對(duì)含Ti奧氏體鋼的研究中,用電阻法確認(rèn),在不同溫度范圍出現(xiàn)不同沉淀。低于730,通過(guò)調(diào)幅分解產(chǎn)生區(qū)域,低于80℃時(shí),區(qū)域的形成導(dǎo)致電阻上升,當(dāng)區(qū)域尺寸達(dá)10埃時(shí),電阻達(dá)最大值,過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展則導(dǎo)致電阻下降。在840℃以上,區(qū)域消失而出現(xiàn)尹中間相,其形貌與區(qū)域結(jié)構(gòu)相同。《時(shí)效硬化鋼》4、高強(qiáng)鋼板熱沖壓的復(fù)雜性要克服熱沖壓缺陷的產(chǎn)生：諸如局部過(guò)分軟化－縮頸、破裂，起皺，馬氏體轉(zhuǎn)化不均勻等，還要實(shí)現(xiàn)最佳的奧氏體-馬氏體化溫度、最佳模內(nèi)冷卻速率、最佳成形壓力、最佳保壓時(shí)間等優(yōu)化問(wèn)題，這就需要從宏觀和微觀尺度進(jìn)行諸如成形性分析、服役性能等進(jìn)行深入研究和技術(shù)積累。廣泛采用22MnB5高強(qiáng)度硼鋼是目前從材料上實(shí)現(xiàn)熱沖壓的一種最優(yōu)選擇。該鋼種初始抗拉強(qiáng)度介于400MPa～600MPa之間，無(wú)論是熱軋還是冷軋板材產(chǎn)品均可在奧氏體化后通過(guò)快速淬火處理得到馬氏體組織，實(shí)現(xiàn)熱沖壓成形生產(chǎn)。目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的熱沖壓板材以歐洲Arcelor公司出產(chǎn)的帶Al-Si涂層的USIBOR1500及改型批次為代表，產(chǎn)品厚度為0.7mm～2.4mm不等。帶涂層的熱沖壓鋼板由于表面有效隔絕空氣與鋼鐵接觸，在熱沖壓過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生大量氧化皮，表面質(zhì)量好，后續(xù)幾乎不需噴丸工序，但涂層易與加熱爐中磁輥粘結(jié)。無(wú)涂層的鋼板由于具有大量氧化皮，后續(xù)需要噴丸處理，但不會(huì)與加熱爐中磁棍粘結(jié)，二者各具利弊。其他諸如日本新日鐵、神戶(hù)制鋼、韓國(guó)浦碩鋼廠也正積極開(kāi)發(fā)生產(chǎn)用熱沖壓鋼板。國(guó)內(nèi)寶鋼開(kāi)發(fā)的冷軋B1500HS、熱軋BR1500HS也已實(shí)現(xiàn)批量供貨，通鋼、鞍鋼等鋼鐵企業(yè)也正積極投入相關(guān)熱沖壓鋼板開(kāi)發(fā)中。直接沖壓工藝是指高強(qiáng)度鋼板板料加熱到奧氏體化溫度并保溫一段時(shí)間后，直接放入具有冷卻系統(tǒng)的模具里進(jìn)行沖壓成形及淬火，一次成形，但需要增加激光切割設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)有二：

（1）板料在一套模具中進(jìn)行沖壓成形及淬火，節(jié)省了預(yù)沖壓成形模具費(fèi)用并加快了生產(chǎn)節(jié)奏。