答疑解疑

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針對(duì)主題：精沖模具材料及汽車(chē)用鋼和帶材

熊惟皓

華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家，兼任中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)理事、中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)理事，主要從事金屬陶瓷和有色金屬合金研究，承擔(dān)和參與國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目、國(guó)家數(shù)控重大專(zhuān)項(xiàng)、863計(jì)劃和國(guó)防預(yù)研等項(xiàng)目共20余項(xiàng)；作為第一發(fā)明人，獲發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)；作為第一完成人，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

問(wèn)

材料的冷軋是否會(huì)加劇其各向異性，各向異性能否通過(guò)后處理改善？

專(zhuān)家答疑：

金屬材料在冷軋過(guò)程中，由于加工硬化的原因使金屬材料隨軋制變形量的增加而使抗拉強(qiáng)度增大，且軋制方向的抗拉強(qiáng)度大于垂直軋制方向的抗拉強(qiáng)度，因此出現(xiàn)各向異性，并隨著變形量的增大，材料的各向異性加劇。通常，金屬材料的各向異性可通過(guò)后續(xù)的退火工藝處理，使得超過(guò)臨界變形量的變形組織加熱至金屬材料的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行再結(jié)晶退火，變形組織會(huì)發(fā)生重新形核與晶粒長(zhǎng)大，形成無(wú)畸變的新晶粒，致使變形金屬材料的冷軋各向異性得到消除。

問(wèn)

Cr12MoV、SKD11的具體熱處理工藝是怎樣的？

專(zhuān)家答疑：

SKD11為日本工具鋼牌號(hào)，是一種廣泛應(yīng)用的冷作模具鋼。日本日立鋼廠和大同鋼廠均有生產(chǎn)，其化學(xué)成分占比為：C(1.50%）、Si(0.25%）、Mn(0.45%）、Cr(12.0%）、Mo(1.00%）、V(0.35%）。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)Cr12MoV為SKD11鋼的參考對(duì)應(yīng)牌號(hào)，SKD11模具鋼淬火性好，熱處理變形量小，其熱處理工藝可參考Cr12MoV鋼合適的熱處理工藝。Cr12MoV鋼合適的熱處理工藝為：⑴模具要求高硬度、高耐磨性能時(shí)，采用1000～1030℃油淬，然后180～200℃回火，硬度可達(dá)61～63HRC；⑵模具較精密復(fù)雜且要求硬度高變形量小時(shí)，采用1000～1030℃油淬，然后500～520℃回火，硬度可達(dá)60～61HRC；⑶模具熱處理還可考慮在1130℃油淬，然后520～560℃回火1～3次，可獲得二次硬化效果；⑷模具熱處理采用1030～1130℃油淬及中溫400℃回火工藝，可使模具的斷裂抗力獲得增強(qiáng)，并使模具的壽命得到提高。

問(wèn)

雙細(xì)化處理現(xiàn)階段主要有哪些方法或工藝實(shí)現(xiàn)？

專(zhuān)家答疑：

冷作模具鋼中含有大量的碳化物，經(jīng)雙細(xì)化處理后，使晶粒和碳化物得到明顯的細(xì)化，顯著提高了模具鋼的強(qiáng)韌性。雙細(xì)化處理工藝與常規(guī)熱處理工藝相比，可采取多次循環(huán)淬火（可達(dá)3～4次）處理后再進(jìn)行回火，致使碳化物細(xì)化、圓整，且彌散分布。通過(guò)雙細(xì)化處理后，可使模具鋼的強(qiáng)韌性和模具壽命得到大幅度的提高。

問(wèn)

國(guó)內(nèi)材料達(dá)不到使用要求，國(guó)外材料費(fèi)用過(guò)高，有沒(méi)有一款適合大家使用的精沖材模具料？

專(zhuān)家答疑：

國(guó)內(nèi)沖壓模具行業(yè)正在不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，不少?lài)?guó)產(chǎn)精密沖壓模具在主要性能上已經(jīng)能夠和進(jìn)口產(chǎn)品相媲美，并逐步替代進(jìn)口模具，其中，相當(dāng)一部分產(chǎn)品已出口到美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。國(guó)內(nèi)沖壓模具行業(yè)今后會(huì)進(jìn)一步提升技術(shù)和工藝水平，不斷提高沖壓模具的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。例如，

⑴SKD11為日本工具鋼牌號(hào)，是一種廣泛應(yīng)用的空冷硬化冷作模具鋼，SKD11屬于高碳高鉻鋼，含碳量為1.5%，保證了馬氏體的高硬度和碳化物的形成，提高了模具材料的硬度和耐磨性。SKD11的鉻含量較高（達(dá)12%），因此具有良好的淬透性，淬火、回火后的硬度60HRC左右。實(shí)際中，SKD11鑄態(tài)時(shí)存在不均勻的魚(yú)骨狀共晶碳化物，可采用“三向鍛造工藝”使碳化物形貌和分布狀態(tài)得以改善。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的Cr12MoV鋼可較好地替代SKD11鋼。

⑵QHZ為日本山陽(yáng)特鋼生產(chǎn)的模具鋼，是一種兼具韌性及高溫強(qiáng)度的半高速鋼。與S790鋼相比，碳含量降低了50%，釩含量降低70%。由于減少了碳、釩的含量，從而極大地改善了碳化物的均勻性，使淬火后的抗彎強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性得到明顯提高。QHZ仍具有良好的二次硬化效果和熱穩(wěn)定性，回火后硬度60HRC左右。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的6W6Mo5Cr4V鋼可較好的替代QHZ鋼。

⑶S790為奧地利百祿鋼廠生產(chǎn)的模具鋼，具有高抗壓強(qiáng)度、高耐磨粒磨損和良好的韌性，同時(shí)還具有良好的淬透性和熱處理尺寸穩(wěn)定性。S790屬于高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼，與QHZ相比，鉬、釩含量均大幅度增加，在高溫回火過(guò)程中彌散析出VC、W2C和Mo2C等碳化物，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，顯著提高了鋼的硬度、耐磨性和高溫紅硬性。S790經(jīng)高溫回火后硬度可達(dá)63～66HRC。值得注意的是過(guò)高的碳含量會(huì)使材料韌性降低。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的W6Mo5Cr4V2Al可較好的替代S790鋼。

針對(duì)主題：精沖材料的球化退火條件

陶雨

德國(guó)達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程博士，中國(guó)西北工業(yè)大學(xué)飛機(jī)工程學(xué)士，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)理事，2008年加入德國(guó)威爾斯集團(tuán)，2009年進(jìn)入威爾斯新材料太倉(cāng)有限公司，任材料應(yīng)用技術(shù)部經(jīng)理，1998年獲得國(guó)防科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

問(wèn)

材料球化時(shí)球的大小、均勻度和球分布有沒(méi)有具體的技術(shù)參數(shù)要求？

專(zhuān)家答疑：

沒(méi)有。但是可以根據(jù)德國(guó)SEP1520來(lái)分級(jí)別，該掛圖包括了五項(xiàng)七組標(biāo)準(zhǔn)圖譜，包括：⑴鐵素體含量1.1～1.3級(jí)；⑵碳化物大小2.0～2.3級(jí)；⑶珠光體含量3.0～3.3級(jí)；⑷網(wǎng)狀碳化物4.0～4.3及5.0～5.3級(jí)；⑸條狀碳化物6.0～6.3及7.0～7.3 級(jí)。

問(wèn)

材料球化率對(duì)精沖的影響是什么？

專(zhuān)家答疑：

精沖作為一種追求沖裁面光潔的加工工藝，對(duì)其加工對(duì)象的內(nèi)部組織有一定的要求。對(duì)于含碳量（甚至合金元素含量）達(dá)到一定程度的材料，只有碳化物呈球狀時(shí)，其內(nèi)部組織和機(jī)械性能才適用于精沖工藝。

問(wèn)

High strength/Micro alloyed這類(lèi)材料成形后硬度是表面硬度還是整體硬度？零件表面如果機(jī)加工是否影響材料硬度？

專(zhuān)家答疑：

是整體硬度。如果使用低合金高強(qiáng)鋼的話(huà)，零件表面機(jī)加工不會(huì)影響其硬度。

問(wèn)

為何理論技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題存在較多變差，解決起來(lái)比較繁瑣？

專(zhuān)家答疑：

從材料角度來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部組織和機(jī)械性能的持續(xù)穩(wěn)定是精沖工藝減少變差的基本要素，而模具及零件設(shè)計(jì)也是關(guān)鍵因素。

問(wèn)

精沖件將不再需要熱處理是如何做到的？是選用本身有硬度（強(qiáng)度）的材料來(lái)進(jìn)行精沖工藝嗎？

專(zhuān)家答疑：

一般來(lái)說(shuō)，不需要熱處理的精沖件是采用極細(xì)晶粒的低合金高強(qiáng)鋼，其晶粒度等級(jí)在11級(jí)以上。