CN104498829A - 汽车冷冲压模具用铸造中合金钢 - Google Patents

汽车冷冲压模具用铸造中合金钢 Download PDF

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刘少辉
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Abstract

本发明涉及一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为C：0.50-0.65、Si：0.90-1.20、Mn：0.60-0.90、Cr：4.50-5.50、Mo：0.75-0.90、V：0.70-0.80、S≤0.02、P≤0.03。其具有较高耐磨性和强韧性，同时生产成本较低、易于加工，整体淬火硬度HRC59-62，满足模具使用要求。

Description

汽车冷冲压模具用铸造中合金钢
技术领域
本发明涉及一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢，属于合金钢材料的技术领域。
背景技术
在汽车冷冲压模具的成形和冲切工艺中，主要失效机理为磨损、塑性变形、开裂及崩刃，因此冷作模具钢需要好的抗磨损性能、高的抗压强度和足够的韧性及延展性。高的耐磨性可以增加模具的寿命减少维护引起的停机；高的抗压强度可以防止模具发生变形；足够的韧性及延展性可以防止材料的早期开裂和崩刃。
国内常用冷作模具钢材料分为三类。（1）低合金冷作模具钢，如7CrSiMnMoV,是一种火焰淬火钢，可铸造、可锻造，韧性好、耐磨性差，一般只能用于普通薄板（汽车冷冲压模具中一般指板料抗拉强度小于440MPa且料厚不超过1.2mm）冲压件。（2）中合金冷作模具钢，如Cr5Mo1V，是一种空淬模具钢，有一定耐磨性及韧性，但作为高碳合金钢，不适于铸造，并且焊接性能较差，其淬硬性、耐磨性与高合金冷作模具钢相比有一定差距。（3）高合金冷作模具钢Cr12MoV、Cr12Mo1V1，具有高淬透性、淬硬性和高耐磨性，用于自动化落料模、汽车中厚板及高强度钢板的冲裁与成形模具，但作为高碳高铬合金钢，不适于铸造，同时因材料的碳和合金元素含量较高导致出现焊接性能、切削加工性能恶化、淬火开裂倾向增加等问题。
汽车冷冲压模具具有单件生产的特性，无法批量生产，形状常复杂且尺寸较大，尺寸、位置精度都要求很高，若由锻轧材料经机械加工成形则加工量大、成本高、工艺复杂、周期长，无法满足汽车市场高速发展的需要，而铸造材料可以只在需要加工的表面增加加工余量,余量一般为10-20mm，其余部位铸空开,加工量小,重量轻，节省材料成本、加工成本、缩短制造周期，同时铸件可以单件设计的较大、设计结构简单，缩短设计周期。
越来越多的汽车中厚板及高强度钢板的应用要求模具材料具有较高耐磨性和强韧性，模具及产品的反复修改、模具的维护都需要材料焊接性能较好，因此汽车冷冲模具市场迫切需要一种具有较高耐磨性和强韧性，较好焊接性能，易于加工、生产成本较低、制造周期短的铸造模具材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢，其具有较高耐磨性和强韧性，同时生产成本较低、易于加工，整体淬火硬度HRC59-62，满足模具使用要求。
本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为C：0.50-0.65、Si：0.90-1.20、Mn：0.60-0.90、Cr：4.50-5.50、Mo：0.75-0.90、V：0.70-0.80、S≤0.02、P≤0.03。
本发明的主要化学成分选择依据是：
（1）碳：C是影响铸钢硬度、耐磨性、韧性的主要元素，碳量增高，则材料的硬度及耐磨性提高，但韧性降低，材料易破损；
（2）硅：Si能有效提高模具钢的抗回火软化能力。硅量高，有助于改善碳化物形态，有助于提高耐磨性；
（3）锰：Mn能提高钢的淬透性及韧性，能削弱和消除硫的不良影响；
（4）铬：Cr能提高钢的淬透性、耐磨性及硬度，但韧性降低；
（5）钼：Mo在钢中作用主要为提高淬透性、提高热强性、防止回火脆性、增加钢对回火软化的抗力，提高钢的回火稳定性，能有效提高钢的硬度和强度；
（6）钒：V在钢中主要起到细化钢的组织和晶粒，降低钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性，当在高温溶入奥氏体时，增加钢的淬透性。同时增加淬火钢的回火稳定性，并产生二次硬化效果；
（7）硫：S在模具钢中为有害元素，必须严格控制其含量；
（8）磷：P在模具钢中为有害元素，必须严格控制其含量。
本发明的冷冲压模具用铸造中合金钢的制备工艺及退火工艺：
（1）    将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钼铁、钒铁和硅铁根据成分设计及炉料中碳、硅、锰、铬、钒等元素的熔炼损耗等调整配料，计量后放入中频感应电炉中熔炼，熔炼温度1640-1680℃，完全熔化后，用聚渣剂聚渣并扒渣；
（2）    出炉温度1610-1650℃，钢水包内纯铝脱氧；
（3）    浇入铸型中，用砂型铸造，浇注温度1550-1580℃，Y型试块；
（4）    铸件冷至200℃脱模，去掉浇冒口、清理铸件表面粘砂等；
（5）    对铸件进行等温球化退火处理：将铸件放入热处理炉中，加热至860℃后保温1h，然后随炉冷却至760℃，再保温4h，停炉，随炉冷却至300℃左右，出炉空冷至室温。
本发明的冷冲压模具用铸造中合金钢的淬火+回火工艺
（1）对铸件进行淬火处理：将铸件放入热处理炉中，800℃预热30min，升温到1040℃保温40 min,空冷至室温；
（2）对铸件进行回火处理：回火温度520℃,保温2h,空冷至室温。回火2次。
本发明的积极效果是：与现使用的高碳高铬冷作模具钢相比，较低的含碳量及合金元素含量，有利于提高钢的韧性以及较好的焊接性能，通过添加适量的钼和钒以防止钢的回火脆性并降低其热敏感性，提高钢的回火稳定性，使之产生二次硬化，提高模具钢的力学性能，硬度高、耐磨性强，能够满足模具使用要求。其汽车冷冲压模具用铸造中合金钢性能与高碳高铬合金钢相当，但焊接性能及韧性更好，经过在天津夏利A2车的前纵梁（不等料厚，厚度为1.35、2.85、2mm，板材材料HC260LA）以及解放方卡车前保险杠左/右部（料厚2.5mm，板材材料St340）等模具上的应用，效果良好，取得较好的经济效益及社会效益。
为检验本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢的耐磨性，将其与目前国内应用广泛的耐磨性较高的传统模具钢Cr12MoV锻件进行回火态耐磨性对比试验。
实验设定参数为：
（1）加载载荷100N，150N，200N,滑行速度1.0m/s,滑行距离1200m。
（2）加载载荷100N，滑行速度1.0m/s，1.5m/s，2.0m/s，滑行距离1200m。如图1-10所示，实验数据表明，通过对本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV在不同滑行速度、不同加载载荷及不同滑行距离下磨损规律的对比分析，可以发现Cr12MoV的磨损率大概为本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢的3-5倍，虽然本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢的平均摩擦系数略高于Cr12MoV，但在给定的实验条件下，本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢的整体耐磨性比Cr12MoV要高很多，且本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢在磨损过程中更加平稳，因此在耐磨性方面本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢完全可以替代Cr12MoV锻件。
附图说明
图1为本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢不同滑行速度和加载载荷对磨损率的影响。
图2为100N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对磨损率的影响。
图3为100N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对平均摩擦系数的影响。
图4为150N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对磨损率的影响。
图5为150N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对平均摩擦系数的影响
图6为200N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对磨损率的影响。
图7为200N状态下本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比不同滑行速度对平均摩擦系数的影响。
图8为本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比滑行距离对磨损率的影响。
图9为本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比滑行距离对平均摩擦系数的影响。
图10为本发明汽车冷冲压模具用铸造中合金钢与Cr12MoV对比滑行距离对摩擦系数的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进行进一步的阐述：
实施例1：一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢试样的制备工艺：
（1）    按表一所列设定的合金组分，将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钼铁、钒铁和硅铁根据成分设计及炉料中碳、硅、锰、铬、钒等元素的熔炼损耗等调整配料，计量后放入中频感应电炉中熔炼，熔炼温度1650℃，完全熔化后，用聚渣剂聚渣并扒渣。
（2）    出炉温度1630℃，钢水包内纯铝脱氧。
（3）    浇入铸型中，用砂型铸造，浇注温度1570℃，Y型试块。
（4）    铸件冷至200℃脱模，去掉浇冒口、清理铸件表面粘砂等。
（5）    对铸件进行等温球化退火处理：将铸件放入热处理炉中，加热至860℃后保温1h，然后随炉冷却至760℃，再保温4h，停炉，随炉冷却至300℃左右，出炉空冷至室温。
（6）    对铸件进行淬火处理：将铸件放入热处理炉中， 800℃预热30min，升温到1040℃保温40 min,空冷至室温。
（7）对铸件进行回火处理：回火温度520℃,保温2h,空冷至室温。回火2次。
本实施例试块化学成分及机械性能结果如表一所示。
实施例2：
按表二所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。
本实施例试块化学成分及机械性能结果如表二所示。
实施例3：
按表三所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。
本实施例试块化学成分及机械性能结果如表三所示。
实施例4：
按表四所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。
本实施例试块化学成分及机械性能结果如表四所示。
实施例5：
按表五所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。
实施例6：
按表六所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。
本实施例试块化学成分及机械性能结果如表六所示。
实施例7：
按表七所列设定的合金组分，按实施例1所述的试样的制备工艺制作试块。本实施例试块化学成分及机械性能结果如表七所示。
。

Claims (2)

1.一种汽车冷冲压模具用铸造中合金钢，其特征在于：按重量百分比包括以下化学成分为C：0.50-0.65、Si：0.90-1.20、Mn：0.60-0.90、Cr：4.50-5.50、Mo：0.75-0.90、V：0.70-0.80、S≤0.02、P≤0.03。
2.根据权利要求1所述的冷冲压模具用铸造中合金钢，其特征在于所述的合金钢的制备工艺及退火如下 ：
（1）    将生铁、废钢、铬铁、锰铁、钼铁、钒铁和硅铁根据成分设计及炉料中碳、硅、锰、铬、钒等元素的熔炼损耗等调整配料，计量后放入中频感应电炉中熔炼，熔炼温度1640-1680℃，完全熔化后，用聚渣剂聚渣并扒渣；
（2）    出炉温度1610-1650℃，钢水包内纯铝脱氧；
（3）    浇入铸型中，用砂型铸造，浇注温度1550-1580℃，Y型试块；
（4）    铸件冷至200℃脱模，去掉浇冒口、清理铸件表面粘砂等；
（5）    对铸件进行等温球化退火处理：将铸件放入热处理炉中，加热至860℃后保温1h，然后随炉冷却至760℃，再保温4h，停炉，随炉冷却至300℃左右，出炉空冷至室温；
其冷冲压模具用铸造中合金钢的淬火+回火工艺如下：
（1）对铸件进行淬火处理：将铸件放入热处理炉中，800℃预热30min，升温到1040℃保温40 min,空冷至室温；
（2）对铸件进行回火处理：回火温度520℃,保温2h,空冷至室温；回火2次。
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