[發(fā)明專利]一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210169200.0
• 申請(qǐng)日: 2012-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102676923A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉春;尹學(xué)煒;何明錠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C38/12
• 分類號(hào): C22C38/12;C22C38/22;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

?????本發(fā)明涉及一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

按模具服役條件大致可將模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。熱沖壓模具鋼屬于熱作模具鋼。隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，以及汽車輕量化需求的不斷提高，熱沖壓成形工藝主要用于獲得超高強(qiáng)度沖壓件。在獲得超高強(qiáng)度鋼時(shí)，由于冷沖壓成形工藝所需的成形力極大，容易導(dǎo)致模具損壞、設(shè)備震動(dòng)，且還易產(chǎn)生破裂、起皺、反彈、尺寸精度不良等問(wèn)題。因此，原有冷沖壓成形工藝的不再滿足技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要，而熱沖壓成形工藝?yán)媒饘僭诟邷貭顟B(tài)下，其塑性和延展性迅速增加，屈服強(qiáng)度迅速下降。熱沖壓模具鋼是近幾十年使用量急劇上升和消耗最大的模具鋼之一，它的工況條件比一般熱作模具鋼還更復(fù)雜。

鋼板熱沖壓過(guò)程是將特殊的高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，快速移動(dòng)到模具，快速?zèng)_壓，在壓機(jī)保壓狀態(tài)下通過(guò)布置有冷卻回路的模具(而不是空氣)對(duì)零件進(jìn)行淬火冷卻(并要保證一定的冷卻速度)，最后獲得超高強(qiáng)度沖壓件(組織為馬氏體，強(qiáng)度在1500MPa左右甚至更高)。在工作時(shí)，由于模具與加熱的坯料直接接觸，當(dāng)熾熱的金屬放入熱沖壓模具型腔時(shí)，型腔表面急劇升溫，且沖壓和保壓時(shí)表層產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，這使得模具需要較好的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性；在保壓過(guò)程中通過(guò)帶有冷卻水道的模具對(duì)零部件淬火，為了使模具能很快地把鋼板的熱量帶走和保證模具在服役過(guò)程中的精度，模具材料必需具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和較小的熱膨脹系數(shù)；當(dāng)金屬件取出時(shí)，型腔表面由于急劇降溫而受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變作用，在這種交替變換溫度的工況下模具極易產(chǎn)生熱疲勞；并且熱沖壓模具鋼在服役過(guò)程中，還要受到較大沖擊載荷，因此模具需具備優(yōu)良的韌性。為防止模具表面在服役過(guò)程中產(chǎn)生的拉毛，模具還需具有較高的硬度。因此，復(fù)雜的工況要求熱沖壓模具材料具有較高的熱導(dǎo)率、熱強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、淬透性和熱穩(wěn)定性和抗冷熱疲勞性能等。

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專門的適合熱沖壓成形的模具材料。目前，我國(guó)使用的熱沖壓模具鋼采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299-2000中鋼號(hào)為4Cr5MoSiV1（相當(dāng)于北美標(biāo)準(zhǔn)H13鋼）。這種熱沖壓模具鋼的化學(xué)成分采用C?0.32-0.45wt%、Cr?4.75-5.50wt%、Mo?1.20-1.75?wt%、V?0.80-1.20?wt%、Si?0.80-1.2wt%、Mn?0.20-0.5wt%、P≤0.03wt%、S≤0.03wt%。目前，日本企業(yè)采用的是熱作模具鋼SKD61（相當(dāng)于北美標(biāo)準(zhǔn)H13鋼），瑞典熱沖壓模具供應(yīng)商采用的是ORVAR，德國(guó)企業(yè)采用的是CR7V和1.2379。從理論上，鋼的組織中鐵素體的熱導(dǎo)率最高，約為71~80W/m·K，回火馬氏體熱導(dǎo)率為35W/m·K，滲碳體的熱導(dǎo)率最低為7W/m·K。現(xiàn)有H13熱沖壓模具鋼屬于中碳中合金鋼，得到的回火馬氏體中鐵素體的比例不高。從導(dǎo)熱機(jī)理來(lái)看，對(duì)于純金屬，通過(guò)自由電子運(yùn)動(dòng)來(lái)導(dǎo)熱是主要機(jī)制對(duì)于自由電子導(dǎo)熱而言，熱傳導(dǎo)的阻力主要是晶格振動(dòng)聲子對(duì)自由電子的散射溫度增加，晶格振動(dòng)加劇，聲子對(duì)自由電子運(yùn)動(dòng)的阻力增加，導(dǎo)致其導(dǎo)熱能力下降?，F(xiàn)有H13鋼含有較多種類的合金元素，合金元素的存在導(dǎo)致原子鐵晶格畸變，降低熱導(dǎo)率；特別是化學(xué)成份中含有較高的Si元素，Si的外層電子結(jié)構(gòu)與Fe的差異較大，會(huì)嚴(yán)重降低鋼的熱導(dǎo)率。這些因素都使得現(xiàn)有熱沖壓模具鋼H13的熱導(dǎo)率不高。并且其化學(xué)成分含有鉬、鉻元素和一定量的碳元素，因此其材料電渣錠的偏析嚴(yán)重，成材后的組織中存在大量的大塊液析碳化物，使得材料的韌性不足，容易出現(xiàn)早期開(kāi)裂失效。由于這種材料含有大量的二次硬化元素，其回火態(tài)二次碳化物容易在服役條件下長(zhǎng)大粗化和發(fā)生類型轉(zhuǎn)變，而且回火馬氏體中的合金元素也容易析出而降低鋼的強(qiáng)度，從而降低鋼的高溫性能。

對(duì)相關(guān)技術(shù)的中外專利檢索內(nèi)容分析

通過(guò)輸入相關(guān)本發(fā)明內(nèi)容的關(guān)鍵詞在對(duì)中外專利進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，涉及到和本專利相關(guān)聯(lián)的熱作模具鋼及其冶金制造技術(shù)的專利號(hào)為