CN102191427B

CN102191427B - 在铝轮毂模具上使用热作模具钢的优化方法和工艺

Info

Publication number: CN102191427B
Application number: CN2011100867766A
Authority: CN
Inventors: 范国勇
Original assignee: SHENGZHOU YUANFENG MOULD MATERIAL CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Shengzhou Yuanfeng mould Co. Ltd.
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: CN102191427A

Abstract

在铝轮毂模具上使用热作模具钢的优化方法和工艺，主要包括三方面：改变热作模具钢H13的金属成份，将Mo元素含量上调到1.25~1.75%，对V元素含量上调到0.95~1.2%；并在冶炼中加入稀土。优化淬火工艺，锻打完成后，在终锻温度不低于900℃时，快速（40秒内）将锻件浸入淬火油槽冷却，并在冒烟时提出，滴油后保温。改进模具用料的形状，将圆柱状、饼状的模具钢锻打成型，应用台阶、沉孔、梯度及冲孔等成型工艺，将金加工切削量大的部分事先去掉。优化处理后提高了抗热裂能力，能节省20%～60％昂贵的热作模具钢用量和切削量。

Description

在铝轮毂模具上使用热作模具钢的优化方法和工艺

技术领域

本发明涉及热作模具钢，尤其是在铝轮毂模具上使用热作模具钢的优化方法和工艺。

背景技术

汽车铝轮毂生产在国内已形成宠大行业，年产铝轮值在50亿以上的企业就有5家，每年开制铝轮模具在三万套以上。模具大部分是异形结构，而市场上直接提供的都是方形或圆柱形状标准模块，需要经过激光切割、车、刨、铣等多道工序，金加工切削量很大。H13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种，已形成国家标准，比如国标要求Mo元素含量在1.1～1.75％范围，V元素含量在0.8～1.2％范围。因为Mo元素和V元素的价格昂贵，所以市场上供应的热作模具钢H13其Mo元素多在1.1～1.2％，其V元素含量多在0.8～0.9％，在使用温度高于540℃(1000°F)时硬度迅速下降(即能承受的工作温度为540℃)。钢的特性主要由其化学成分来决定的，Mo溶解于A中能提高钢的淬透性，Mo是作为使钢具有二次硬化的主要合金元素加入的；V是有效阻止A晶粒粗化的元素，也是在高温下服役的钢材的重要合金化元素。市场上投放的产品都是按国家标准生产的，但在实际应用时，因产品要求、生产条件、环境特点相差很大，经常接触680℃高温溶铝的汽车轮毂模具，在使用中会出现开裂、熔蚀等早期失效问题。正是基于以上情况，我公司根据汽车铝轮毂模具的工作特点，对热作模具钢H13进行了针对性的工艺改革，反复试验、多次改进，终于有了重大突破，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提高热作模具钢H13在汽车铝轮毂模具上的工艺性能和使用价值。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

在铝轮毂模具上使用热作模具钢的优化方法和工艺，主要包括三个方面：改变热作模具钢H13的金属成份中部分元素含量，将热作模具钢H13的Mo元素含量上调到1.25～1.75％范围，对V元素含量上调到0.95～1.2％范围，优化方案是将热作模具钢H13的Mo元素含量上调到1.35％，将V元素含量上调到1％，并在冶炼中加入稀土；用以提高晶界结合力，这样极大地提高了铝轮毂模具的材料的淬透性、韧度、热稳定性与耐腐蚀性，从而延长模具的使用寿命。

优化淬火工艺，锻打完成后，在终锻温度不低于900℃时，以最快的速度(40秒内)将锻件浸入淬火油槽，使锻件快速冷却；锻件出油温度不能太低，决不能冷却至室温，一定要还在冒青烟或白烟，锻件从油槽提出后，作适当滴油后进箱式炉及时保温，箱式炉温度控制在280度，且不可将锻件放置地上空冷。待工件集齐后，箱式炉中的锻件按球化退火工艺执行，硬度控制在HRC18～20。以上的工艺操作使锻件内部组织晶粒细化，消除网状渗碳体，避免了二次碳化物产生，晶界组织结合力明显增强，极大地提高了抗热疲劳性。

改进模具用料的形状，其特征在于将圆柱状、饼状的模具钢锻打成型，应用了台阶、沉孔、梯度及冲孔等成型工艺，将原来金加工切削量大的部分事先去掉，仅留下必要的加工余量。这样能节省20％～60％昂贵的热作模具钢用量，而且为以后的金加工减少了同样数量的切削量。

综上所述，采用了本发明的技术方案以后，新制作的铝轮毂模具热稳定性提高，高温强度提高，使用寿命延长，而模具钢用量和金加工切削量都大大减少了。这对于日益高精度、高复杂程度、大批量的铝轮毂压铸产业具有十分重要的意义。

附图说明

图1为新H13的屈服强度Rp与市场H13钢比较曲线；

图2为新H13的延伸率A与市场H13钢比较曲线；

图3为新H13的硬度与市场H13钢在550℃时的比较曲线；

图4为新H13的硬度与市场H13钢在600℃时的比较曲线；

图5为新H13的硬度与市场H13钢在630℃时的比较曲线；

图6为新H13的硬度与市场H13钢在660℃时的比较曲线；

图7为新H13的硬度与市场H13钢在700℃时的比较曲线；

图8为锻打模坯的几种形状。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细阐述。

经过上述步骤改变了金属成份的热作模具钢本公司称之为新H13，我们把它和市场采购的热作模具钢(简称H13)进行了对比试验，淬火参数如下：

新H13：1080℃淬火+550℃ 2h×2次回火；

H13：1020℃淬火+580℃ 2h×2次回火。

测试数据如下：

1.在高温和室温下的拉伸试验。

在精密万能试验机上按GB228-02标准进行拉伸试验，如图1、图2所示，新H13的室温及高温拉伸屈服强度皆优于H13钢。同时，由图示曲线可以看出，H13钢在600℃以上温度时，高温强度迅速降低，高温延伸率迅速升高，说明其软化速度加快；相比新H13，在600℃左右时仍可保持较高强度，在630℃以上温度时，强度下降速度较缓慢。

2、热稳定性(抗热疲劳性)试验

钢的热稳定性是表示钢在一定温度下和加热保温过程中保持其内部组织及力学性能的能力。对于模具钢材料来说，其热稳定能力直接表现为模具使用寿命的长短。如图3-图7所示，在保温温度低于630℃时，新H13的热稳定性均明显优于H13钢。

3.热熔损性能(耐腐蚀性)试验

铝轮毂压铸模具上经常出现熔蚀坑，它能诱发热疲劳裂纹的产生。另外熔蚀坑会造成型腔尺寸变化，促使模具早期失效。因此热熔损性是检验轮毂模具材料性能的重要指标。

试验方法为：将试样表面磨光，称重，浸入680℃的熔铝中，试样转速为2.26m/min，保温4小时后出炉。用NaOH水溶液清除表面残留的铝后称重，计算单位面积上的失重量，结果为：

新H13失重量为10.7(g/dm²)；H13失重量为18.8(g/dm²)。

可见新H13的耐热熔损性能显著优于H13钢。

4.模具钢用量对比试验

我公司根据汽车铝轮毂模具尺寸特点(13英寸～24英寸)，对许多要车削掉的部位进行了锻模设计，对锻打模块应用了台阶、沉孔、梯度及冲孔等成型工艺，如图8所示，事先去除了切削量大的那部分，仅保留必要的加工余量。我们对50副模具(包括上、下模)做过对比试验，一组直接采用市场供应的圆柱状、饼状的热作模具钢制作，一组采用锻打模坯制作，统计结果表明，采用锻打模坯制作的模具钢重量要减少30％以上，金加工切削量也减少30％以上。业内人士都知道，热作模具钢价格不菲，降低成本效果明显，

采用改变金属成份的新H13和优化了热处理工艺后，汽车铝轮毂模具因为表面腐蚀或表面热疲劳开裂导致失效的使用模次，由采用国标H13制造模块的1万-1.5万模次，提高到1.8万～2.2万模次；每套模具底部都会应用冷却系统，模具下模开裂导致的失效由原来的平均11％下降到3％以内。我们对50副模具分2组做过跟踪对比，优化制作的一套模具平均可多生产5327个轮子，为客户创造了很好的效益。目前我公司生产的新H13模块已直接应用在为通用汽车、上海大众、日本丰田等著名公司配套的轮毂制造企业。

Claims

1.一种使用热作模具钢制造铝轮毂模具的方法，其特征在于：包括以下三个步骤：

1）改变热作模具钢H13的金属成份中部分元素含量，将热作模具钢H13的Mo元素含量上调到1.25～1.75%范围，对V元素含量上调到0.95～1.2%范围，并在冶炼中加入稀土；

2）优化淬火工艺,将圆柱状、饼状的模具钢锻打成型，在锻打完成后40秒钟内，终锻温度不低于900℃时，将锻件浸入淬火油槽，使锻件快速冷却；锻件出油温度不能太低，决不能冷却至室温，一定要冒青烟或白烟，锻件从油槽提出后作适当滴油后进箱式炉及时保温，箱式炉温度控制在280度，且锻件不可放置在地上空冷；待工件集齐后，箱式炉中的锻件按球化退火工艺执行，硬度控制在HRC18～20；

3）改进模具用料的形状，应用台阶、沉孔、梯度及冲孔成型工艺，将原来金加工切削量大的部分事先去掉，仅留下必要的加工余量。

2.如权利要求1所述一种使用热作模具钢制造铝轮毂模具的方法，其特征在于：改变模具钢H13的金属成份中部分元素含量，将热作模具钢H13的Mo元素含量上调到1.35%，将V元素含量上调到1%。