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        ZW863ESR超鏡面車燈模具鋼開發(fā)及研究

        2022-11-02 08:43:00曹立軍姚宏康張長春陳海桐潘成明張海英
        模具制造 2022年9期
        關鍵詞:純凈度電渣模具鋼

        曹立軍,姚宏康,張長春,陳海桐,潘成明,張海英

        (1.唐山志威科技有限公司,河北唐山 064200;2.河北省工模具鋼技術創(chuàng)新中心,河北唐山 064200;3.唐山市工模具鋼研究與開發(fā)技術創(chuàng)新團隊,河北唐山 064200)

        1 引言

        ZW863ESR 為我司自主開發(fā)的一種Cr-Mo-V 系熱作模具鋼,是在GB/T 1299-2014 4Cr5MoSiV、ASTM A681-2008 H11、DIN EN ISO 4957-2001 1.2343(X37CrMoV5-1)、NADCA#207-2016 GRADE D(Type H11/2343)基礎上進行成分優(yōu)化設計,材料性能及穩(wěn)定性得到進一步提升。該鋼種具有良好的淬透性、組織均勻性、沖擊韌性、熱疲勞性、耐磨性及優(yōu)異的鏡面拋光性能。由于其優(yōu)異的綜合性能,廣泛應用于熱鍛模、鋁型材擠壓模、鋁鎂合金壓鑄模、車燈模具[1~2],其中,車燈模具要求最高。

        本文根據(jù)車燈模具使用要求,并結合NADCA#207-2016[3]、SEP 1614-1996 等 國 際 通 用 標 準[4],對ZW863ESR模具材料的實物指標進行分析,最終對拋光性能進行綜合評價,確定滿足車燈模具拋光要求與材料關鍵技術指標的對應性。為超鏡面車燈模具量產(chǎn)奠定理論基礎。

        2 車燈模具使用要求

        汽車車燈作為汽車的核心部件,在汽車工業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位[5]。汽車車燈外觀要求高,其重要零件都是透明件、電鍍件等,可以說汽車外觀要求最高的零件就是車燈,因而對模具材料及制造要求極高[6]。車燈模具作為汽車燈具成型的主要工具,對模具拋光性能、耐磨性能及沖擊韌性有著極高的要求,尤其是鏡面拋光性能。

        車燈根據(jù)位置可分為前大燈、尾燈、霧燈、轉向燈等,其中,前大燈要求最高。前大燈又分為燈罩及反光鏡。燈罩為透明塑料件(外觀件),不允許有斑點、收縮凹陷、熔接痕、飛邊等缺陷。反光鏡為表面鍍鉻件(電鍍件),對斑點的要求比燈罩更為苛刻,也是車燈模具中要求最嚴苛的部件。

        3 模具材料關鍵技術要求

        3.1 化學成分

        化學成分要求如表1 所示。主要化學成分在NADCA#207-2016 GRADE D(Type H11/2343)等標準基礎上進一步縮窄范圍,并增加殘余元素要求及添加特殊元素。

        表1 化學成分要求 %

        3.2 非金屬夾雜物

        非金屬夾雜物要求如表2所示。非金屬夾雜物在NADCA#207-2016 S級基礎上增加Ds要求。

        表2 非金屬夾雜物要求(級)

        3.3 顯微組織

        (1)火組織按NADCA #207-2016標準進行評級,合格級別滿足AS1-AS6。

        (2)狀偏析按SEP 1614-1996 標準進行評級,合格級別滿足SA1-SA4,SB1-SB4。

        3.4 口沖擊性能

        無缺口沖擊性能,采用7×10×55mm試樣,沖擊平均值≥320J,單個最小值≥280J。

        4 模具材料開發(fā)工藝流程

        采用建龍集團高爐+轉爐+精煉+真空脫氣+連鑄流程精煉鋼作為電極母材,經(jīng)保護氣氛電渣+高溫均質(zhì)化處理+多向鍛造成型+超細化處理,獲得高純凈度、組織均勻、高韌性車燈模具鋼材料。

        4.1 坯料純凈度及電渣重熔質(zhì)量控制

        從拋光性能的主要影響因素—麻點出發(fā),控制原始坯料的純凈度,尤其是大顆粒球狀氧化物夾雜。坯料采用高爐鐵水≥70%的裝爐方式進行轉爐冶煉,保證P、S 及殘余元素含量,鋼水經(jīng)精煉及真空脫氣,保證氣體含量,進行無鈣化處理工藝[7],在保證鋼水可澆性的條件下,并連鑄成型,獲得高純凈度電極坯料。

        連鑄電極坯經(jīng)進口恒熔速保護氣氛電渣重熔,冶煉錠型為?1,100mm,原始枝晶偏析及宏觀成分偏析得到明顯改善,獲得致密度、結晶組織、枝晶偏析及截面成分均勻性良好的電渣錠。

        4.2 高溫均質(zhì)化及熱變形質(zhì)量控制

        ZW863ESR為Cr-Mo-V系熱作模具鋼,鋼種主要合金元素Cr、Mo、V為強碳化物形成元素,在凝固過程易與碳結合形成M23C6、M6C及MC型碳化物,造成原始枝晶偏析,嚴重時將在枝晶間形成液析碳化物。根據(jù)鋼種合金含量及碳化物類型特點,采用鍛前1,260℃長時間高溫均質(zhì)化處理,有效溶解原始MC型碳化物,并使得枝晶干與枝晶間碳及合金元素得到短程擴散,對改善電渣錠原始枝晶偏析效果良好。

        高溫均質(zhì)化的電渣錠再進行多向鍛造成型,充分破碎未溶解、擴散的枝晶偏析,進一步改善偏析程度,均勻組織。

        4.3 預備熱處理質(zhì)量控制

        鍛后采用1,060℃高溫固溶處理,進一步溶解高熔點碳化物,得到均勻的固溶體,并采用水空交替的冷卻方式,控制模塊中心冷速,避免碳化物沿晶界析出。在固溶處理后進行等溫球化退火,改善組織均勻性的同時細化晶粒,從而達到超細化處理的目的。經(jīng)預備熱處理,獲得組織均勻、晶粒細小的球化組織,為模具最終熱處理創(chuàng)造良好的組織條件。

        5 模具材料實物指標及性能

        對試制的300×1,100mm及560×1,100mm模塊,分別進行化學成分、氣體、低倍組織、非金屬夾雜、顯微組織、晶粒度、無缺口沖擊、超聲波探傷及拋光性能檢測。

        5.1 化學成分及氣體

        化學成分實物指標如表3所示。

        表3 化學成分實物指標 %

        氣體實物指標如表4所示。

        表4 氣體實物指標 ppm

        氣體O、N、H控制良好,符合技術要求。

        5.2 低倍組織

        在模塊冒口端取片,經(jīng)酸浸腐蝕后,檢驗橫截面低倍組織,無肉眼可見的白點、夾雜、裂紋、皮下氣泡、翻皮和分層等缺陷。中心疏松和錠型偏析按GB/T 1299 第三級別圖評定,一般疏松按GB/T 1979 評定,均符合≤1.0級要求。低倍組織實物指標如表5所示。

        表5 低倍組織實物指標(級)

        5.3 非金屬夾雜物

        在冒口端低倍片上取樣,檢驗非金屬夾雜物,按GB/T 10561-2005 標準評級,試驗模塊純凈度良好,無0.5級以上非金屬夾雜。

        非金屬夾雜物實物指標如表6所示。

        表6 非金屬夾雜物實物指標(級)

        5.4 顯微組織

        試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm 模塊截面中心位置,試樣經(jīng)拋光及4%硝酸酒精腐蝕后觀察縱截面顯微組織。

        在50×下觀察,無明顯帶狀及液析碳化物,按SEP 1614-1996 標準評定,帶狀偏析達到SA1。在500×下觀察,退火組織由鐵素體基體上均勻分布的球狀碳化物組成,無鏈狀碳化物及大塊鐵素體,按NADCA#207-2016 標準評定,退火組織達到AS3。具體帶狀及球化組織如圖1所示。

        5.5 晶粒度

        試樣經(jīng)1,000±10℃奧氏體化、保溫30min,分級淬火至700℃保溫30min,然后空冷至室溫。按GB/T 6394進行評級,晶粒度均達到8.0級以上。

        5.6 無缺口沖擊性能

        試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm 模塊截面中心位置,取短橫方向(ST)及縱向(L)無缺口沖擊試樣,試樣尺寸7×10×55mm,試樣經(jīng)1,000±10℃奧氏體化,保溫30min,油淬,至少回火2次,確保最終硬度44~46HRC。橫縱向無缺口沖擊及等向性如表7及圖2所示。

        表7 橫縱無缺口沖擊及等向性實物指標

        5.7 拋光性能

        試樣分別取自300×1,100mm、560×1,100mm 模塊冒口端截面中心位置,試樣熱處理至硬度46~48HRC,進行拋光性能檢驗,拋光亮度均達到12000#,無明顯麻點及料紋??蓾M足高端車燈模具拋光性能要求。拋光檢測結果如表8所示。

        表8 拋光檢測結果

        6 結束語

        經(jīng)以上流程開發(fā)的ZW863ESR獲得高純凈度、高均勻性、高韌性車燈模具鋼材料,關鍵技術指標可滿足NADCA#207-2016 標 準GRADE D(Type H11/2343)相關技術要求,沖擊試樣在44~46HRC 硬度下,橫向無缺口沖擊功達到320J 以上,等向性達到0.9 以上,拋光試樣在46~48HRC 硬度下,拋光亮度達到12000#,可滿足高端車燈模具使用要求。

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