高强韧冷冲压模具钢组织与性能研究

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随着汽车转型升级和产品更迭周期的不断缩短,对汽车零部件的模具加工水平和速度也提出了更高的要求,未来几年精密型、复杂型的冷冲压模将成为模具行业发展的重点。我国模具钢行业基础研究薄弱,高端市场用钢严重依赖进口,因此开展冷冲压模具钢强韧化研究具有重要的理论及实际价值。为探究国内外模具钢产品组织与性能的差异性机理,提高国产模具钢材质量,本文以三种典型的冷冲压模具钢国产Cr8Mo2Si V、大同DC53和一胜百Calmax为研究对象,分别编号为1#、2#、3#,借助差示扫描量热仪(DSC)、热机械分析仪(TMA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度测试及冲击韧性试验等分析手段,对试验钢的相变特性、显微组织、力学性能、耐蚀性能和尺寸稳定性进行较为系统的研究,并就改善国产Cr8Mo2Si V钢退火组织的热处理工艺进行探索,为钢种和热处理工艺的选择提供数据参考,主要研究内容如下:首先,通过对三种试验钢的组织及性能进行对比分析,对其差异性机理进行深入探讨,结果表明:1#钢、2#钢和3#钢退火组织的共晶碳化物不均匀度等级分别为2级、1级和小于1级,其退火硬度分别为255HB、240HB和185HB,硬度的不同是合金成分差异和碳化物形态共同作用导致的;采用常规淬火工艺处理后,1#钢、2#钢和3#钢的残余奥氏体含量(体积分数)分别为12.61%、14.15%、7.57%,其淬火硬度分别为62.3HRC、62.6HRC、58.3HRC,2#钢在淬火过程中具有较强的固溶强化效果;通过520℃×2h的两次回火处理后,发现1#钢和2#钢存在明显的二次硬化现象,其回火硬度显著高于3#钢,但3#钢的冲击韧性更为优异;1#钢与2#钢中含量较高的Cr、Mo等元素是保证耐蚀性能的关键,但较高的残余奥氏体含量也使得其尺寸稳定性不如3#钢。同时,还探究了附加回火的稳定化处理方式对试验钢性能的影响,发现400℃附加回火的稳定化处理方式不会造成试验钢硬度值的显著下降,其耐蚀性能也无明显变化,但材料的冲击韧性以及尺寸稳定性均得到有效提升。此外,针对国产1#钢存在的退火组织分布不均的问题,采用快速预冷等温球化退火的新工艺方式,并结合正交试验原理以及极差、方差分析,寻求出最佳工艺参数组合,结果表明:选用加热温度为840℃,加热时间为0.5h,等温温度为740℃,等温时间为1h的快速预冷等温球化退火工艺,在改善切削性能的同时也得到了碳化物细小均匀的球状珠光体组织,且经过相同的淬回火处理后,其冲击韧性较原退火工艺下的淬回火韧性高出56.6%,可与进口2#钢相媲美。同时,该退火工艺只需1.5h,大大缩短了交货周期,降低了无意义的能源消耗,既满足企业对钢材品质的要求,也符合我国节能减排、降耗增效的制造理念。
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