汽车制造用模具材料与模具热处理技术的进展

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1、汽车制造用模具材料与模具热处理技术的进展随着我国汽车工业的发展，汽车用模具的制造水平也得到了日新月异的提高。在汽车生产中，几乎所有的模具类型都已被涉猎，如冷冲模、热锻模、冷镦模、热镦模、压铸模和铸塑模等（见表1），因此汽车制造对模具的需求量特别大。对一个汽车企业来说，随着市场经济的深入发展，车型原来的30年一贯制，现改为一年内上几个车型。一般中型载重汽车的改型需要模具4000多套，重量达2000t。模具费用已占产品成本的15%～30%，它的总产值在工业发达国家已经超过机床工业。汽车质量的改善、生产效率的提高、成本的降低，以及产品更新换代的速度

2、，在很大程度上取决于模具的制造精度和质量、制造周期、生产成本及使用寿命等因素。所以有人说，模具是汽车工业发展的基础，它是汽车制造业走向成熟的标志。支持模具制造业发展的基础是模具材料工业。近几年来，随着技术的引进和提高，模具材料的发展极为迅速。我国的几大模具钢厂的产量每年平均增长速率为12%，从1986～1997年的11年间，产量由4.88万t上升到11.3万t，与国外相比其发展速度可以说不相上下。此外，品种也在不断增加，常用的模具材料都是国产的，多数不常用的模具材料，我国也能生产。这就为汽车制造业的发展提供了有力支持。2005年国内模具钢在各

3、行业的消费比例如表2所示，各类模具的使用寿命如表3所示。模具制造的关键工序热处理技术也由原来的较低水平发展到国际水平。如真空淬火技术、感应淬火技术和激光淬火技术等，都得到了广泛应用和发展。热处理后的表面处理工艺也有很大的提高，如PVD、TD、渗氮、液体碳氮共渗和喷涂都有很大的改进和提高。焊接技术在模具制造领域也得到广泛的发展。尽管模具制造厂家已经大幅度地提高了产品数量和质量，但它离汽车工业发展的需求还相差甚远，如多数模具公司不能按期交货、模具质量不好等，其深层原因是模具制造中的不可控因素较多，尤其是模具材料和热处理技术。由于经济全球化带来技术

4、的全球化，内资企业、外资企业和国外企业的技术水平各有高低，因此，我们今天的多数情况不能分是国内还是国外，要从整个世界来看模具工业的发展。一、汽车制造用模具材料的发展现状随着汽车制造技术的发展，模具的工作条件日益苛刻，对模具的性能、质量和品种等也不断地提出更高的要求，为此，世界各国近年来都积极地开发了具有各种特性以适应不同要求的新型模具钢和铸铁，并在品种、质量、生产工艺和生产装备上做了大量工作，取得了长足的进步。1.模具钢高速发展并系列化塑料模具钢根据其性能和使用条件可分为：(1)小尺寸模具用钢，中碳调质钢。(2)大中型模具用钢，预硬型中碳低合

5、金钢。(3)为改进切削性能的含硫、铅及预硬化易切削模具钢。(4)时效钢和马氏体时效钢。用于制造复杂、精密和光洁的模具。(5)高淬透性的冷作和热作模具。用于制造整体淬火模具。(6)渗碳型塑料模具。(7)耐蚀型塑料模具。(8)镜面抛光模具。2.开发出先进的冷、热作模具钢通用的冷作模具钢分三类：低合金冷作模具钢，如9CrWMnV、中合金冷作模具钢Cr5Mo1V及高合金冷作模具钢Cr12Mo1V1等。除此之外，又开发出以下几种新型冷作模具钢：(1)高韧性、高耐磨性冷作模具钢如美国的8Cr8Mo2V2Si、Cr8Mo2VWSi，日本的QCM8(8Cr8

6、Mo2VSi)、DC53(Cr8Mo2VSi)、TCD(Cr8V2MoTi)等。这类钢优点很多，组织中的碳化物细小、弥散，抗弯强度高，断裂韧性、耐磨性、可切削性、可磨削性及抗回火性好，且热处理变形小，将来可发展成为一种通用型模具钢。(2)火焰淬火冷作模具钢7CrMnSiMoV应用最为普遍，另外有日本的SX5(Cr8MoV)、美国的CC#1等。其特点是淬火温度范围宽、淬透性较高及火焰淬火方便易行。(3)粉末冶金冷作模具钢粉末冶金方法可以生产常规工艺难以生产的超高碳、高合金（尤其是高钒含量）、高耐磨性的模具钢，以及碳基碳化钛。如德国的X320Cr

7、VMo135，wC＞3%、wV＞5%，细小、弥散分布的碳化物的面积达50%，其寿命高于硬质合金模具。热作模具钢的发展也很快。用量最大的为三类通用型热作模具钢：低合金热作模具钢有5CrNiMo和5CrMnMo；中合金热作模具钢有4Cr2MoVNi、Ｈ11（4Cr5MoSiV）、H13（4Cr5MoSiV1)、H12（4Cr5MoWSiV）和H10（4Cr3Mo3SiV1）；高合金热作模具钢应用最多的是Ｈ21（3Cr2W8V）。此外，还开发出一系列高性能热作模具钢，主要有以下几种：(1)基体钢基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织的化学成分

8、，所以淬火后残留的共晶碳化物数量很少，回火后碳化物细小且弥散分布，钢的强韧性和热疲劳性能好。如美国的VascoMA。(2)低碳高速钢是通过将高速钢的wC降至0.3%