汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，其特征在于：按重量百分比包括以下化學成分為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。其具有較高耐磨性和強韌性，同時生產成本較低、易于加工，整體淬火硬度HRC59-62，滿足模具使用要求。
【專利說明】汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，屬于合金鋼材料的【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 在汽車冷沖壓模具的成形和沖切工藝中，主要失效機理為磨損、塑性變形、開裂及 崩刃，因此冷作模具鋼需要好的抗磨損性能、高的抗壓強度和足夠的韌性及延展性。高的耐 磨性可以增加模具的壽命減少維護引起的停機；高的抗壓強度可以防止模具發生變形；足 夠的韌性及延展性可以防止材料的早期開裂和崩刃。
[0003] 國內常用冷作模具鋼材料分為三類。（1)低合金冷作模具鋼，如7CrSiMnMoV，是一 種火焰淬火鋼，可鑄造、可鍛造，韌性好、耐磨性差，一般只能用于普通薄板(汽車冷沖壓模 具中一般指板料抗拉強度小于440MPa且料厚不超過I. 2mm)沖壓件。（2)中合金冷作模具 鋼，如Cr5M〇lV，是一種空淬模具鋼，有一定耐磨性及韌性，但作為高碳合金鋼，不適于鑄造， 并且焊接性能較差，其淬硬性、耐磨性與高合金冷作模具鋼相比有一定差距。（3)高合金冷 作模具鋼Cr 12M〇V、Cr 12Mo IVl，具有高淬透性、淬硬性和高耐磨性，用于自動化落料模、汽車 中厚板及高強度鋼板的沖裁與成形模具，但作為高碳高鉻合金鋼，不適于鑄造，同時因材料 的碳和合金元素含量較高導致出現焊接性能、切削加工性能惡化、淬火開裂傾向增加等問 題。
[0004] 汽車冷沖壓模具具有單件生產的特性，無法批量生產，形狀常復雜且尺寸較大，尺 寸、位置精度都要求很高，若由鍛軋材料經機械加工成形則加工量大、成本高、工藝復雜、周 期長，無法滿足汽車市場高速發展的需要，而鑄造材料可以只在需要加工的表面增加加工 余量，余量一般為10-20mm，其余部位鑄空開，加工量小，重量輕，節省材料成本、加工成 本、縮短制造周期，同時鑄件可以單件設計的較大、設計結構簡單，縮短設計周期。
[0005] 越來越多的汽車中厚板及高強度鋼板的應用要求模具材料具有較高耐磨性和強 韌性，模具及產品的反復修改、模具的維護都需要材料焊接性能較好，因此汽車冷沖模具市 場迫切需要一種具有較高耐磨性和強韌性，較好焊接性能，易于加工、生產成本較低、制造 周期短的鑄造模具材料。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于提供一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，其具有較高耐磨性 和強韌性，同時生產成本較低、易于加工，整體淬火硬度HRC59-62,滿足模具使用要求。
[0007] 本發明的技術方案是這樣實現的：一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，其特征 在于：按重量百分比包括以下化學成分為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 彡 0· 02、P 彡 0· 03。
[0008] 本發明的主要化學成分選擇依據是： (1)碳：C是影響鑄鋼硬度、耐磨性、韌性的主要元素，碳量增高，則材料的硬度及耐磨 性提高，但韌性降低，材料易破損； (2) 硅：Si能有效提高模具鋼的抗回火軟化能力。硅量高，有助于改善碳化物形態，有 助于提高耐磨性； (3) 錳：Mn能提高鋼的淬透性及韌性，能削弱和消除硫的不良影響； (4) 鉻：Cr能提高鋼的淬透性、耐磨性及硬度，但韌性降低； (5) 鑰：Mo在鋼中作用主要為提高淬透性、提高熱強性、防止回火脆性、增加鋼對回火 軟化的抗力，提高鋼的回火穩定性，能有效提高鋼的硬度和強度； (6) 釩：V在鋼中主要起到細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的過熱敏感性，并提高鋼的強 度和韌性，當在高溫溶入奧氏體時,增加鋼的淬透性。同時增加淬火鋼的回火穩定性,并產 生二次硬化效果； (7) 硫：S在模具鋼中為有害元素，必須嚴格控制其含量； (8) 磷：P在模具鋼中為有害元素，必須嚴格控制其含量。
[0009] 本發明的冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的制備工藝及退火工藝： (1) 將生鐵、廢鋼、鉻鐵、錳鐵、鑰鐵、釩鐵和硅鐵根據成分設計及爐料中碳、硅、 錳、鉻、釩等元素的熔煉損耗等調整配料，計量后放入中頻感應電爐中熔煉，熔煉溫度 1640-1680°C，完全熔化后，用聚渣劑聚渣并扒渣； (2) 出爐溫度1610-1650°C，鋼水包內純鋁脫氧； (3) 澆入鑄型中，用砂型鑄造，澆注溫度1550-1580°C，Y型試塊； (4) 鑄件冷至200°C脫模，去掉澆冒口、清理鑄件表面粘砂等； (5) 對鑄件進行等溫球化退火處理：將鑄件放入熱處理爐中，加熱至860°C后保溫lh， 然后隨爐冷卻至760°C，再保溫4h，停爐，隨爐冷卻至300°C左右，出爐空冷至室溫。
[0010] 本發明的冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的淬火+回火工藝 (1) 對鑄件進行淬火處理：將鑄件放入熱處理爐中，800°C預熱30min，升溫到1040°C保 溫40 min,空冷至室溫； (2) 對鑄件進行回火處理：回火溫度520°C，保溫2h，空冷至室溫。回火2次。
[0011] 本發明的積極效果是：與現使用的高碳高鉻冷作模具鋼相比，較低的含碳量及合 金元素含量，有利于提高鋼的韌性以及較好的焊接性能，通過添加適量的鑰和釩以防止鋼 的回火脆性并降低其熱敏感性，提高鋼的回火穩定性，使之產生二次硬化，提高模具鋼的力 學性能，硬度高、耐磨性強，能夠滿足模具使用要求。其汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼性 能與高碳高鉻合金鋼相當，但焊接性能及韌性更好，經過在天津夏利A2車的前縱梁(不等 料厚，厚度為I. 35、2. 85、2mm，板材材料HC260LA)以及解放方卡車前保險杠左/右部(料厚 2. 5mm，板材材料St340)等模具上的應用，效果良好，取得較好的經濟效益及社會效益。
[0012] 為檢驗本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的耐磨性，將其與目前國內應用廣 泛的耐磨性較高的傳統模具鋼Crl2MoV鍛件進行回火態耐磨性對比試驗。
[0013] 實驗設定參數為： (1)加載載荷100N，150N，200N，滑行速度I. Om/s，滑行距離1200m。
[0014] (2)加載載荷 100N，滑行速度 I. Om/s，I. 5m/s，2. Om/s，滑行距離 1200m。如圖 1-10 所示，實驗數據表明，通過對本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2M〇V在不同滑 行速度、不同加載載荷及不同滑行距離下磨損規律的對比分析，可以發現Crl2M 〇V的磨損 率大概為本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的3-5倍，雖然本發明汽車冷沖壓模具用 鑄造中合金鋼的平均摩擦系數略高于Crl2M〇V，但在給定的實驗條件下，本發明汽車冷沖壓 模具用鑄造中合金鋼的整體耐磨性比Crl2M〇V要高很多，且本發明汽車冷沖壓模具用鑄造 中合金鋼在磨損過程中更加平穩，因此在耐磨性方面本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金 鋼完全可以替代Crl2M 〇V鍛件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼不同滑行速度和加載載荷對磨損 率的影響。
[0016] 圖2為100N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同 滑行速度對磨損率的影響。
[0017] 圖3為100N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同 滑行速度對平均摩擦系數的影響。
[0018] 圖4為150N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同 滑行速度對磨損率的影響。
[0019] 圖5為150N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同 滑行速度對平均摩擦系數的影響 圖6為200N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同滑行 速度對磨損率的影響。
[0020] 圖7為200N狀態下本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2MoV對比不同 滑行速度對平均摩擦系數的影響。
[0021] 圖8為本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2M〇V對比滑行距離對磨損率 的影響。
[0022] 圖9為本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2M〇V對比滑行距離對平均摩 擦系數的影響。
[0023] 圖10為本發明汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼與Crl2M〇V對比滑行距離對摩擦 系數的影響。

【具體實施方式】
[0024] 下面結合實施例對本發明做進行進一步的闡述： 實施例1 : 一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼試樣的制備工藝： (1)按表一所列設定的合金組分，將生鐵、廢鋼、鉻鐵、錳鐵、鑰鐵、釩鐵和硅鐵根據成分 設計及爐料中碳、硅、錳、鉻、釩等元素的熔煉損耗等調整配料，計量后放入中頻感應電爐中 熔煉，熔煉溫度1650°C，完全熔化后，用聚渣劑聚渣并扒渣。
[0025] (2)出爐溫度1630°C，鋼水包內純鋁脫氧。
[0026] (3)澆入鑄型中，用砂型鑄造，澆注溫度1570°C，Y型試塊。
[0027] (4)鑄件冷至200°C脫模，去掉澆冒口、清理鑄件表面粘砂等。
[0028] (5)對鑄件進行等溫球化退火處理：將鑄件放入熱處理爐中，加熱至860°C后保溫 lh，然后隨爐冷卻至760°C，再保溫4h，停爐，隨爐冷卻至300°C左右，出爐空冷至室溫。
[0029] (6)對鑄件進行淬火處理：將鑄件放入熱處理爐中，800°C預熱30min，升溫到 1040°C保溫40 min,空冷至室溫。
[0030] (7)對鑄件進行回火處理：回火溫度520°C，保溫2h，空冷至室溫。回火2次。
[0031] 本實施例試塊化學成分及機械性能結果如表一所示。

【權利要求】
1. 一種汽車冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，其特征在于：按重量百分比包括以下化學 成分為 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 彡 0? 02、P 彡 0? 03。
2. 根據權利要求1所述的冷沖壓模具用鑄造中合金鋼，其特征在于所述的合金鋼的制 備工藝及退火如下： (1) 將生鐵、廢鋼、鉻鐵、錳鐵、鑰鐵、釩鐵和硅鐵根據成分設計及爐料中碳、硅、 錳、鉻、釩等元素的熔煉損耗等調整配料，計量后放入中頻感應電爐中熔煉，熔煉溫度 1640-1680°C，完全熔化后，用聚渣劑聚渣并扒渣； (2) 出爐溫度1610-1650°C，鋼水包內純鋁脫氧； (3) 澆入鑄型中，用砂型鑄造，澆注溫度1550-1580°C，Y型試塊； (4) 鑄件冷至200°C脫模，去掉澆冒口、清理鑄件表面粘砂等； (5) 對鑄件進行等溫球化退火處理：將鑄件放入熱處理爐中，加熱至860°C后保溫lh， 然后隨爐冷卻至760°C，再保溫4h，停爐，隨爐冷卻至300°C左右，出爐空冷至室溫； 其冷沖壓模具用鑄造中合金鋼的淬火+回火工藝如下： (1) 對鑄件進行淬火處理：將鑄件放入熱處理爐中，800°C預熱30min，升溫到1040°C保 溫40 min,空冷至室溫； (2) 對鑄件進行回火處理：回火溫度520°C，保溫2h，空冷至室溫；回火2次。
【文檔編號】C22C38/24GK104498829SQ201410760410
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】鄧燕, 李悅, 王立石, 沈喜堂, 王強, 劉宏斌, 劉少輝, 劉新洋, 劉耀輝 申請人:中國第一汽車股份有限公司, 吉林大學