（材料学专业论文）消声器后盖拉深模具的复合强韧化工艺及其显微组织.pdf

! r 一 r 、 西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交约学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：万町况 日期：珈0 静师2 - 麓 o 穆矿 日期 汐 莎f 西华大学学位论文版权使用授权书 衣 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：西时- 疆 日期： 弘6 一 点。 孛一夸 r 纱k 多 ：乃 名巾 签歹 师 教阿韵期捌日 藿华大学硕士学位论文 摘要 本文分析了消声器后盖拉深模具的工作条绰失效形式，分析认为这类模具不仅要 求表面具有较高的耐磨性，高的硬度和较好的耐蚀性，且其基体具有较好的强韧性。选 用9 s i c r 钢制造模具，先研究碳化物细化预工艺和等温淬火工艺，再分别研究固体渗硼 和电火花进行表面强化工艺，最后优化两种复合强韧化处理工艺供工业生产应用。借助 s e m 和金相显微镜观察经上述处理后的显微组织，洛氏硬度计和显微硬度计测试经上 述处理后的硬度，得出以下结论： ( 1 ) 经过等温球化退火、循环球化退火、高温固溶+ 高温回火处理后的9 s i c r 钢试 样，前两者得到的球状珠光体中有明显粗大，尖角状碳化物。经过1 0 5 0 高温固溶，6 8 0 回火得到的回火珠光体中的碳化物细小、圆整、分布均匀、球化效果较好； ( 2 ) 9 s i c r 钢试样经过工艺为8 6 0 x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷的等温淬火处理后 可以得到下贝氏体+ 马氏体+ 少量碳化物的复相组织，其硬度值为6 3 6 h r c ； ( 3 ) 9 s i c r 钢试样经过工艺为8 8 0 x 4 h 渗硼处理后，渗层的厚度为5 4 8 岫，显微 硬度值为1 4 1 0 h v ； ( 4 ) 采用1 0 5 0 高温固溶+ 6 8 0 回火- - - - 8 8 0 x 4 h ( 渗硼) 一等温淬火( 8 6 0 c x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷) 的复合强韧化工艺处理后的9 s i c r 钢试样，基体中得到下贝氏体+ 马氏体+ 少量碳化物组成的复相组织，其洛氏硬度可以达到6 3 h r c 以上。表面的产生的 渗硼层的厚度为5 2 5 a m 、硬度为1 4 4 0 h v ，强化层与基体之间结合较好，它们之间硬度 梯度较平缓； ( 5 ) 采用1 0 5 0 固溶+ 6 8 0 回火- - - 8 6 0 x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷的等温淬火一 功率档位为6 x 2 m i n e m 2 + 功率档位为1 l m i n c r n 2 的二次电火花强化工艺为处理后9 s i c r 钢试样，所得的强化层的综合性能最好，其强化层的厚度为4 3 5 岫、显微硬度为1 3 9 5 h v ， 表面质量较好的强化层，基体没有产生太大的变形，强化层与基体之间结合较好，它们 之间硬度梯度较为平缓。 关键词：拉深模具9 s i c r 钢 渗硼电火花强化复合强韧化 消声器后盖拉深模具的复合重韧化工艺及其显微组织 a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ed r a w i n gd i ew o r k i n gc o n d i t i o n s ? f a i l u r em o d e s a n a l y s i ss h o w s t h a tt h o s ek i n do fd i en o to n l yr e q u i r e st h a tt h es u r f a c eh a sah i g hw e a rr e s i s t a n c e ，h i g h h a r d n e s sa n dn o c o r r o s i c e , a n dw h o s es u b s t r a t eh a sg o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s s c h o o s i n g 9 s i c rs t e e lm a k ed i e ，w a sp r e p r o c e s s e df i r s t l yb yr e f i n i n gc a r b i d ea n ds t r e n g t h e d t o u g h n e s s e d b yi s o t h e r m a lq u e n c h i n g ，a n dt h e nw h i c hw a ss u r f a c eh a r d e n e db ys o l i db o r i d em e t h o da n d e l e c t r o s p a r ks u r f a c es t r e n g t h e n i n g i nt h el a s to p t i m i z i n gt w oc o m p o s i t es t r e n g t h e n e d t o u g h e n e dt oo f f e ri n d u s t r i a lp r o d u c t i o n o b s e r v i n gm e t a l l o g r a p h sb ys e m a n d m e t a l l o g r a p h i cm i c r o s c o p e ，t e s t i n g h a r d n e s sb yr o c k w e l lt e s t e ra n dm i c r oh a r d n e s st e s t e r w h e n9 s i c rs t e e lw a st r e a t e db ya b o v e - m e n t i o n e d a n do b t a i nt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h e r ei so b v i o u s l yc r a s s i t u d e ，c l o s e da n g l ec a r b i d ei nt h ep e a r l i t ei nt h el a s tt w ow h e n 9 s i c rs t e e li st r e a t e dt h r o u g hi s o t h e r m a ls p h e r o i d i z i n g ，c y c l i cs p h e r o i d i z i n g ，h i 曲t e m p e r a t u r e s o l i ds o l u t i o n b u tt h ec a r b i d ei ss m a l l ，f i n e ，h o m o g e n e o u sa n dt h ee f f e c to fs p h e r o i d i z i n gi s b e t t e ri nt h ep e a r l i t e ，w h e nt h et e m p e r a t u r eo fs o l i ds o l u t i o ni s10 5 0 c ，a n dt h e nt e m p e r e da t 6 8 0 t o9 s i c rs t e e l ( 2 ) t h e9 s i c rs t e e ls a m p l ec a no b t a i nt h ed u p l e xs t r u c t u r ew h i c hi sc o m p o s e do fl o w e r b a i n i t e + m a r t e n s i t e + l i t t l ec a r b i d ew h o s er o c k w e l lh a r d n e s si s6 3 6 h r ca f t e ri tw a st r e a t e db y i s o t h e r m a lq u e n c h i n gw h o s ep r o c e s si s8 6 0 cx 3 0 m i n + 2 0 0 cx 8 m i n - - * h y d r o c o o l i n g ( 3 ) t h et h i c k n e s si s5 4 8 p ma n dt h em i c r o h a r d n e s si s1 4 1 0 h vo f b o r i d e dl a y e ro f9 s i c r s t e e ls a m p l e ，w h e n9 s i c rs t e e ls a m p l ei st r e a t e db yb o r i d i n gw h o s ep r o d e s si s8 8 0 cx 4 h ( 4 ) i t c a no b t a i nl o w e rb a i n i t e + m a r t e n s i t e + l i t t l ec a r b i d ew h e nt h e9 s i c rs t e e lw a s t r e a t e db yp r o c e s s i n go fc o m p a s i t es t r e n g t h e n t o u g h e n ew h i c hi s - - - q0 5 0 cs o l i ds o l u t i o n + t e m p e r e da t6 8 0 c - - - , 8 8 0 c x 4 h ( b o r o n i z i n g ) - - , i s o t h e r m a lq u e n c h i n g ( 8 6 0 cx 3 0 m i n + 2 0 0 c x 8 m i n - , h y d r o c o o l i n g ) i nt h em a t r i x ，w h o s er o c k w e l lh a r d n e s si sa b o v e6 3 h r c n o to n l yt h e s t r e n g t h e nl a y e rw h i c hi sp r o d u c e db yb o r o n i z i n gw h o s et h i c k n e s si s5 2 5 岫，h a r d n e s si s 1 4 4 0 h v , t h em a t r i xh a v eg o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s st o o ，t h eh a r d n e s sp r o f i l eb e t w e e n m a t r i xa n ds t r e n g t h e nl a y e ri sg e n t l y ( 5 ) n o to n l yc a ni to b t a i nt h es t r e n g t h e nl a y e rw h o s et h i c k n e s si s4 3 5 p m ，h a r d n e s s i s 13 9 5 h va n dg o o ds u r f a c eq u a l i t y , t h em a t r i xh a v en o tt o om u c hd e f o r m a t i o na n ds t i l lk e e p g o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s s ，w h e n9 s i c rs t e e lw a st r e a t e db yp r o c e s s i n gw h i c hi s 8 6 0 c x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n - - - h y d r o c o o l i n g a n dt h e nw a sc o m p a s i t es t r e n g t h e n e d - t o u g h e n e db y t w i c e e l e c t r o s p a r kp r o c e s s w h o s ep o w e rg r a d ei s6 x 2m i n c m 上+ p o w e rg r a d ei s 1xlm i n c m z a tt h es a m et i m e ，t h eh a r d n e s sp r o f i l eb e t w e e nm a t r i xa n ds t r e n g t h e nl a y e ri s g e n t l y k e y v l ，o r d s ：d r a w i n gd i e ；9 s i c r s t e e l ；b o r o n i z i n g ；e l e c t r o s p a r ks t r e n g t h e n i n g ； c o m p a s i t es t r e n g t h e n - t o u g h e n e i i 西华大学硕士学位论文 摘要 本文分析了消声器后盖拉深模具的工作条件，失效形式，分析认为这类模具不仅要 求表面具有较高的耐磨性，高的硬度和较好的耐蚀性，且其基体具有较好的强韧性。选 用9 s i c r 钢制造模具，先研究碳化物细化预工艺和等温淬火工艺，再分别研究固体渗硼 和电火花进行表面强化工艺，最后优化两种复合强韧化处理工艺供工业生产应用。借助 s e m 和金相显微镜观察经上述处理后的显微组织，洛氏硬度计和显微硬度计测试经上 述处理后的硬度，得出以下结论： ( 1 ) 经过等温球化退火、循环球化退火、高温固溶+ 高温回火处理后的9 s i c r 钢试 样，前两者得到的球状珠光体中有明显粗大，尖角状碳化物。经过1 0 5 0 高温固溶，6 8 0 回火得到的回火珠光体中的碳化物细小、圆整、分布均匀、球化效果较好； ( 2 ) 9 s i c r 钢试样经过工艺为8 6 0 x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷的等温淬火处理后 可以得到下贝氏体+ 马氏体+ 少量碳化物的复相组织，其硬度值为6 3 6 h r c ； ( 3 ) 9 s i c r 钢试样经过工艺为8 8 0 x 4 h 渗硼处理后，渗层的厚度为5 4 8 1 x m ，显微 硬度值为1 4 1 0 h v ； ( 4 ) 采用1 0 5 0 高温固溶+ 6 8 0 回火 8 8 0 x 4 h ( 渗硼) 一等温淬火( 8 6 0 c x 3 0 疵n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷) 的复合强韧化工艺处理后的9 s i c r 钢试样，基体中得到下贝氏体+ 马氏体+ 少量碳化物组成的复相组织，其洛氏硬度可以达到6 3 h r c 以上。表面的产生的 渗硼层的厚度为5 2 5 岬、硬度为1 4 4 0 h v ，强化层与基体之间结合较好，它们之间硬度 梯度较平缓； ( 5 ) 采用1 0 5 0 固溶+ 6 8 0 回火一8 6 0 x 3 0 m i n + 2 0 0 x 8 m i n 后水冷的等温淬火一 功率档位为6 x 2 m i n c m 2 + 功率档位为1 l m i n c m 2 的二次电火花强化工艺为处理后9 s i c r 钢试样，所得的强化层的综合性能最好，其强化层的厚度为4 3 5 9 m 、显微硬度为1 3 9 5 h v ， 表面质量较好的强化层，基体没有产生太大的变形，强化层与基体之间结合较好，它们 之间硬度梯度较为平缓。 关键词：拉深模具9 s i c r 钢渗硼电火花强化复合强韧化 消声器后盖拉深模具的复合强韧化工艺及其显微组织 a b s t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ed r a w i n gd i ew o r k i n gc o n d i t i o n s ，f a i l u r em o d e s a n a l y s i ss h o w s t h a tt h o s ek i n do fd i en o to n l yr e q u i r e st h a tt h es u r f a c eh a sah i 曲w e a rr e s i s t a n c e ，h i 曲 h a r d n e s sa n dn o c o r r o s i c e ，a n dw h o s es u b s t r a t eh a sg o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s s c h o o s i n g 9 s i c rs t e e lm a k ed i e ，w a sp r e p r o c e s s e df i r s t l yb yr e f i n i n gc a r b i d ea n ds t r e n g t h e d - t o u g h n e s s e d b yi s o t h e r m a lq u e n c h i n g ，a n dt h e nw h i c hw a ss u r f a c eh a r d e n e db ys o l i db o r i d em e t h o da n d e l e c t r o s p a r ks u r f a c es t r e n g t h e n i n g i nt h el a s to p t i m i z i n gt w oc o m p o s i t es t r e n g t h e n e d t o u g h e n e dt oo f f e ri n d u s t r i a lp r o d u c t i o n o b s e r v i n gm e t a l l o g r a p h sb ys e m a n d m e t a l l o g r a p h i cm i c r o s c o p e ，t e s t i n gh a r d n e s sb yr o c k w e l lt e s t e ra n dm i c r oh a r d n e s st e s t e r w h e n9 s i c rs t e e lw a st r e a t e db ya b o v e m e n t i o n e d a n do b t a i nt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) t h e r ei so b v i o u s l yc r a s s i t u d e ，c l o s e da n g l ec a r b i d ei nt h ep e a r l i t ei nt h el a s tt w ow h e n 9 s i c rs t e e li st r e a t e dt h r o u g hi s o t h e r m a ls p h e r o i d i z i n g ，c y c l i cs p h e r o i d i z i n g ，h i g l lt e m p e r a t u r e s o l i ds o l u t i o n b u tt h ec a r b i d ei ss m a l l ，f i n e ，h o m o g e n e o u sa n dt h ee f f e c to fs p h e r o i d i z i n gi s b e t t e ri nt h ep e a r l i t e ，w h e nt h et e m p e r a t u r eo fs o l i ds o l u t i o ni s10 5 0 。c ，a n dt h e nt e m p e r e da t 6 8 0 t o9 s i c rs t e e l ( 2 ) t h e9 s i c rs t e e ls a m p l ec a no b t a i nt h ed u p l e xs t r u c t u r ew h i c hi sc o m p o s e do fl o w e r b a i n i t e + m a r t e n s i t e + l i t t l ec a r b i d ew h o s er o c k w e l lh a r d n e s si s6 3 6 h r ca f t e ri tw a st r e a t e db y i s o t h e r m a lq u e n c h i n gw h o s ep r o c e s si s8 6 0 cx 3 0 m i n + 2 0 0 。cx 8 m i n - - - h y d r o c o o l i n g ( 3 ) t h et h i c k n e s si s5 4 8 r m aa n dt h em i c r o h a r d n e s si s14 10 h vo fb o r i d e dl a y e ro f9 s i c r s t e e ls a m p l e ，w h e n9 s i c rs t e e ls a m p l ei st r e a t e db yb o r i d i n gw h o s ep r o d e s si s88 0 cx 4 h ( 4 ) i t c a l lo b t a i nl o w e rb a i n i t e + m a r t e n s i t e + l i t t l ec a r b i d ew h e nt h e9 s i c rs t e e lw a s t r e a t e db yp r o c e s s i n go fc o m p a s i t es t r e n g t h e n - t o u g h e n ew h i c hi s - - - 10 5 0 。cs o l i ds o l u t i o n + t e m p e r e da t6 8 0 c - - - 8 8 0 cx 4 h ( b o r o n i z i n g ) - - - d s o t h e r m a lq u e n c h i n g ( 8 6 0 c x 3 0 m i n + 2 0 0 c x 8 m i n - - - h y d r o c o o l i n g ) i nt h em a t r i x ，w h o s er o c k w e l lh a r d n e s si sa b o v e6 3 h r c n o to n l yt h e s t r e n g t h e nl a y e rw h i c hi sp r o d u c e db yb o r o n i z i n gw h o s et h i c k n e s si s5 2 5 m a n ，h a r d n e s si s 14 4 0 h v , t h em a t r i xh a v eg o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s st o o ，t h eh a r d n e s sp r o f i l eb e t w e e n m a t r i xa n ds t r e n g t h e nl a y e ri sg e n t l y ( 5 ) n o to n l yc a l li to b t a i nt h es t r e n g t h e nl a y e rw h o s et h i c k n e s si s4 3 5 1 x m ，h a r d n e s s i s 13 9 5 h va n dg o o ds u r f a c eq u a l i t y , t h em a t r i xh a v en o tt o om u c hd e f o r m a t i o na n ds t i l ll ( e e p g o o ds t r e n g t ha n dt o u g h n e s s ，w h e n9 s i c rs t e e lw a st r e a t e db yp r o c e s s i n gw h i c hi s8 6 0 。c x 30 m i n + 2 0 0 x 8 m i n - - - h y d r o c o o l i n g a n dt h e nw a se o m p a s i t es t r e n g t h e n e d - t o u g h e n e db y t w i c e e l e c t r o s p a r kp r o c e s s w h o s e p o w e rg r a d ei s 6 x 2m i r g c m 二+ p o w e rg r a d ei s l 1m i n c m 2 a tt h es a m et i m e t h eh a r d n e s sp r o f i l eb e t w e e nm a t r i xa n ds t r e n g t h e nl a y e ri s g e n t l y k e y w o r d s ：d r a w i n gd i e ；9 s i c r s t e e l ；b o r o n i z i n g ；e l e c t r o s p a r ks t r e n g t h e n i n g ； c o m p a s i t es t r e n g t h e n t o u g h e n e i i 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 1 绪论1 1 1 课题研究的背景1 1 2 研究课题的国内外现状及其发展趋势2 1 2 1 冷变形模具材料现状及其发展趋势2 1 2 2 冷变形模具热处理现状及国内外发展趋势4 1 3 消声器后盖拉深模具的工作条件、失效分析和性能要求9 1 3 1 消声器后盖拉深模具的工作条件9 1 3 2 消声器后盖拉深模具的失效分析9 1 3 3消声器后盖拉深模具的性能要求9 1 4 课题研究材料的选择、研究方法及路线的提出1 0 1 4 1实验材料的选择1 0 1 4 2 课题研究目的和意义1 0 1 4 3 课题研究方法及路线的提出1 1 2 碳化物微细化处理实验1 3 2 1 实验材料、仪器及设备1 3 2 2 实验方法1 4 2 2 1 预处理1 4 2 2 2 碳化物细化工艺1 4 2 2 3 实验结果及讨论分析1 6 2 2 4 小结1 9 3 模具基体的强韧化工艺研究2 0 3 1 前言2 0 3 2 常规淬火回火实验2 0 3 3 强韧化实验2 1 3 3 1强韧化实验结果及分析2 3 3 3 2 复合组织强韧化机理讨论2 9 3 4 小结3 2 4 渗硼表面强化工艺研究一3 3 4 1 渗硼表面强化技术国内外研究现状及发展趋势3 3 4 2 渗硼机理的讨论3 4 消声器后盖拉深模具的复合强韧化工艺及其显微组织 4 2 1 渗硼机理3 4 4 2 2 渗硼组织3 5 4 2 3 渗硼的主要方法3 7 4 3 渗硼实验内容3 9 4 3 1 渗硼实验结果及分析4 1 4 3 2 小结4 6 5 电火花表面强化工艺研究4 8 5 1 电火花强化工艺的研究现状及发展趋势4 8 5 2电火花强化的机理及设备5 0 5 3电火花表面强化工艺实验5 1 5 4 实验结果及分析5 3 5 4 小结6 0 6 复合强韧化工艺研究6 1 6 1复合强韧化工艺实验6 1 6 2 复合强韧化一的实验6 1 6 3 复合强韧化一的实验结果及分析讨论6 2 6 4 复合强韧化二的实验6 4 6 5 复合强韧化实验二的结果及分析讨论6 4 6 6 渗硼工艺与电火花工艺优缺点比较6 7 6 7 小结6 9 结论7 0 参考文献7 1 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况7 4 致谢7 5 i v 西华大学硕士学位论文 1绪论 1 1 课题研究的背景 模具是对金属、塑料、橡胶、玻璃等多种原材料进行成型加工的重要工艺装备，模 具工业是国民经济的基础，是高新技术产业化的重要领域。由于用模具加工成型零件具 有效率高、质量好、成本低、少切削或无切削等一系列优点，模具已经成为当代工业生 产的重要手段和工艺发展方向。随着现代工业的高速发展，在机械、电机、电器、仪表、 汽车、轻工业和国防工业等部门中，广泛地采用和发展了少、无切削加工工艺，促使模 具工业成为一个发展极为迅速的、独立的新兴工业行业。 据不完全统计，飞机、坦克、汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表等产品零件 中的6 0 要用模具加工；电视机、录音机、计算机等电子产品零件中的8 0 要用模具加 工；自行车、手表、洗衣机、电冰箱、空调机等轻工业产品零件中的8 5 需要用模具加 工。目前，在高档消费品生产中模具生产费用已占产品成本的1 0 - 3 0 。随着工业生 产的增长和科学技术的进步，模具技术特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具 的技术水平的高低，已经成为衡量一个企业、一个国家制造水平的重要标志之一。不少 工业发达的国家，如美国、日本等，其模具制造业的产值已经超过了机床行业，并且在 基础工业中占有重要地位。模具工业被称为是“金属加工的帝王”，是产品之母。我国 的模具工业也正在迅速地发展着，现在用于制造模具而消耗的钢材，已经接近或超过某 些工业发达的国家。但就其总体来说，大型、精密、复杂的长寿命模具尚需进口，年进 口达1 0 亿美元左右。 但是，在我国的许多企业中，模具的使用寿命还比较低，造成了比较大的浪费。模 具材料和热处理技术是影响模具据质量、性能和使用寿命的关键因素，6 0 模具的早期 失效，是由材料和热处理的因素造成的。如果把由于模具寿命低，对产品质量和产量带 来的损失也考虑在内，损失的数额将更大。因此，努力提高模具使用寿命，促进模具技 术的发展，是模具工作者的职责【l 】。冷作模具目前面临的主要问题就是高耐磨性与强韧 性之间的矛盾。为了达到高耐磨性，冷作模具材料都必须具有高的含碳量，必将导致很 低的塑性、韧性。为了使冷冲压模具的强度与塑性、韧性之间达到良好的配合，这都需 要合理的选材并采用恰当的热处理工艺和高超的热处理操作技术来实现的。通过热处 理，赋于模具必要的强度、韧性和耐磨性，大幅度提高模具的寿命。随着科学技术的飞 跃发展，热处理技术也有了飞速发展。人们对传统热处理工艺进行了革新，如结构钢亚 温淬火、零保温加热工艺、锻造余热回等，不仅节约了能源而且提高了产品质量。同时 不断采用新工艺提高热处理技术水平【2 】。 消声器后盖拉深模具的复合强韧化工艺及其显微组织 1 2 研究课题的国内外现状及其发展趋势 1 2 1冷变形模具材料现状及其发展趋势 模具工业是国民经济的基础产业，是“百业之母 ，是永不衰亡的行业，模具工业 的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开发能力。我国模具工业解放后从无到有， 在经历了半个多世纪的发展，已有了较大的提高，发展速度十分迅速，目前己初具规模。 近年来，对模具技术的探索和研究取得了可喜的成绩。我国模具设计与制造技术的发展 经历了手工作坊制造阶段、工业化生产阶段和现代化生产阶段。 伴随着计算机技术的快速发展，数字化、信息化模具c a d c a e c a m 技术和数控 加工机床己普遍采用，模具产业正处于高速发展阶段。虽然我国模具技术水平正在逐步 提高，但与工业较为先进的国家相比，仍存在较大的差距，纵观我国的模具工业，既有 高速发展的良好势头，又存在模具品种少、精度低、结构欠合理、寿命短等一系列的不 足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求p j 。 随着模具制造业的不断发展，对模具钢从冶金质量、数量、性能上要求不断提高。 在国外出现高合金、高质、优化、低级材料强化及扩充材料领域等趋向，模具材料由低 级向高级发展，发展的趋向是碳素工具钢一低合金工具钢一高合金工具钢，相继出现一 系列新型模具材料，模具标准钢的合金化程度也日趋提高。工业发达国家的冷作模具钢、 热作模具钢、塑料模具钢种类比较齐全，并己形成系列。国外也不断地研制新钢种，以 满足模具工业不断发展的需求。各国发展的新型冷作模具钢有：高韧性、高耐磨性模具 钢【4 1 。 国内外冷作模具钢的主要种类及其发展现状如下p 叫i j ： ( 1 ) 碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在0 7 1 3 范围内，价格便宜，原材料来源方便，加工性 能好，热处理后可以得到高硬度和高耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受轻负荷 的模具零件。用做冷冲模的碳素工具钢，主要有t 7 a 、t 8 a 、t 1 0 a 、t 1 2 a 。其中t 7 a 为高韧性碳素工具钢，其强度及韧性都较高，适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载 荷较大的模具；t 1 0 a 是最常用的钢材，是性能较好的代表性碳素工钢，耐磨性也较高， 经适当热处理可得到较高强度和一定韧性，合适制作要求耐磨性较高而承受冲击载荷较 小的模具。t 8 a 淬透性、韧性等均优于t 1 0 a ，耐磨性也较高，适合制作小型拉伸、挤 压模。 ( 2 ) 低合金工具钢 低合金工具钢，是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。这样可以降低淬 火冷却速度，减少热应力和组织应力，减少淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提 高。用于制造模具的低合金钢有c r w m n 、9 m n 2 v 、9 s i c r 、9 c r w m n 、g c r l 5 等，与高 2 西华大学硕士学位论文 碳钢相比性能有较大的提高，但仍存在一些不足。目前，一些新型的低合金钢具有工艺 性好、淬火温度低、热处理变形小、强韧性好，且有适当的耐磨性，得到广泛的应用， 如g d ( 6 c n 寸i m n s i m o v ) 、c h 1 ( 7 c r s i m n 厦o v ) 、d s ( 6 c r n i w m o v ) 等。 ( 3 ) 高碳高合金冷作模具钢 高碳高铬冷作模具钢包括c r l 2 、c r l 2 m o v 、c r l 2 m o l v l ( 代号d 2 ) ，具有高硬度、 高强度、高耐磨性、易淬透、稳定性高、抗压强度高及淬火变形小等优点。高碳高铬钢 经锻造后的毛坯硬度较高( 大约在5 5 0 h b 左右) ，内应力较大，在室温下长期停留会发 生开裂报废，为消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能，必须进行退火处理。高碳 高铬钢在回火过程中，会出现马氏体分解、碳化物聚集和残余奥氏体的转变。其高温回 火产生二次应硬化效应的原因，是由于残余奥氏体转变为马氏体，以及马氏体分解析出 v c 和m 2 c 等碳化物所致。在工业生产中，常采用2 3 次回火，以改善前次回火残余 奥氏体转变为初生马氏体的韧性，从而提高钢的韧性。 ( 4 ) 基体钢 基体钢一般指其成分与高速钢、淬火组织中基体化学成分相同的钢，如6 5 n b ( 6 c r 4 w 3 m 0 2 m ) 、0 1 2 a 1 ( 5 c r 4 m 0 3 s i m n v a l ) 、c g 。2 ( 6 c r 4 m 0 3 n i 2 、v v ) 、l m l ( 6 5 w 8 c r 4 v y i ) 、u 屺( 6 5 c r 5 m 0 3 w 2 v s i t i ) 、5 c r 4 m 0 2 w 2 v s i 、i m 2 ( 5 c r 4 w 5 m 0 2 v ) 等。这类钢淬火后过剩碳化物数量少、细小均匀，使钢的韧性和抗冷热疲劳性能进一步 得到改善，广泛应用于制造冷挤压、厚板冷冲、冷镦等模具，还可以用作黑色金属的热 挤压模具，是一类冷热兼用的较好的模具钢。 ( 5 ) 硬质合金 硬质合金是以高熔点、高硬度的w c 、t i c 为硬质相，以钴为粘结相，加压成形再 烧结而成的一种粉末冶金材料，是国内外常用的一种粉末烧结模具材料。我国的硬质合 金有y g 系列和y t 系列，其中y g 系列以w c 为硬质相，y t 系列是以w c 和t i c 两 种碳化物为硬质相。硬质合金的工作温度可达8 0 0 1 0 0 0 ，硬度很高，耐磨性很好， 具有很高的弹性模量，较小的膨胀系数及良好的化学稳定性，其制作的模具，使用寿命 比模具钢提高几倍到几十倍，被广泛应用于制造拉丝模、冲压模等。但是硬质合金较脆， 抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工，制作模具时，一般只是在工作部分镶装或 用其他方法( 如焊接、粘接、机械联接等) 联接硬质合金。一些y g 类硬质合金模具或 模具镶嵌体为直接烧结而成，无需机械加工和热处理。 ( 6 ) 钢结硬质合金 钢结硬质合金是性能介于硬质合金和模具钢之间的一种新型模具材料。其代表性的 牌号有以t i c 为硬质相的g t 3 5 、r 5 、t 1 等和以w c 为硬质相的t l m w 5 0 、g w 5 0 、 g j w 5 0 等。与硬质合金不同的是，钢结硬质合金的粘结相不是钴，而是钢，兼有硬质 合金与钢材两方面的优点，既有类似于钢材的加工性和热处理工艺性，又具有一般模具 3 消声器后盖拉深模具的复合强韧化工艺及其显微组织 钢无法比拟的高硬度及耐磨性，是较理想的冷作模具材料，可以切削、锻造、焊接、热 处理，具有韧性和综合力学性能较好，成本较低等特点，用于制造冷镦模、挤压模、拉 深模、冲裁模、拉丝模、热镦模和制件生产批量大的模具。虽然与硬质合金相比，钢结 硬质合金的脆性有很大的改善，但仍比一般模具钢要脆，其切削加工的特点是采用低转 速、大进给量和中等进给速度，不宜使用切削液，以免因激冷引起硬化甚至开裂。钢结 硬质合金不能承受较大的冲击载荷，在做凹模时，应尽量减少模具承受的拉应力。此外， 它的断裂韧度也较低，模具使用时，会因卡模等产生裂纹以致扩展、碎裂。上述特点， 使它的使用范围受到一定的限制。 ( 7 ) 高韧性高耐磨性模具钢 其碳铬含量低于c r l 2 型模具钢，增加了钼、钒合金的数量，钢中形成大量的m c 型高弥散度碳化物，其耐磨性不低于或优于c r l 2 m 0 1 v 钢，韧性和抗回火软化能力高于 c r l 2 型钢。比较有代表性的钢号有美国钒合金钢公司早期发表的v a s c o d i e ，近年来日 本山阳特殊钢公司发表的q c m 8 ，我国自行开发的l d 、g m 钢等，分别用于冷挤压模 具、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具，都取得了良好的使用效果。 (