高热导率热冲压模具钢HSM的组织与性能研究

摘要

由于节能和环保的需求，汽车轻量化成为实现节能减排的有效措施之一。随着汽车轻量化的发展，超高强度钢逐渐的发展应用起来。超高强度钢板的强度可以达到1500Mpa，使其在汽车车身上的应用更加广泛。由于高强度钢强度高，以及延伸率低，导致高强度钢的成型性能大幅度降低，冷冲压技术已经无法满足高强度钢板的加工工艺和实际生产的需求，因此，适用于高强度钢板的热冲压成形技术逐渐发展起来。热冲压模具同时包含钢板热成形与淬火冷却两个特点，其既要满足钢板的高温成形要求，又能够使热成形件快速冷却，以实现其淬火性能。本文对自主研发高热导率热冲压模具钢 HSM的组织与性能进行了深入研究。
　　借助光学显微镜、S EM、TEM、导热系数测量仪以及力学性能试验等试验设备，研究了热作模具钢 HSM的显微组织、热导率、热稳定性。结果表明：HSM钢退火态组织均匀，没有明显成分偏析，硬度为204 HB，经回火处理后组织为马氏体+碳化物，析出的碳化物颗粒细小。HSM钢回火后的碳化物主要是六方点阵结构的 Mo2C碳化物。透射电镜结果中 HSM具有的细小尺寸的马氏体板条和高密度位错。通过衍射斑进行标定，HSM钢中析出的极其细小的碳化物为面心立方结构的 M23C6型碳化物。HSM钢的热稳定性较 H13钢要好很多，600℃保温24 h后， HSM钢硬度降低约21.3%， H13钢硬度降低26.4%。
　　Si元素的结构与 Fe原子的差别很大，随着 S i含量的增加，热导率逐渐降低，因此提高材料的热导率可以降低钢中的 S i元素。在600℃以下提高材料的热导率采用降低钢中的 Cr元素的含量是可行的。当温度低于650℃时，随着 Mo含量的增加，HSM钢的热导率有小幅度的提升。HSM钢、H13钢的热扩散系数随着温度的升高而逐渐的下降，室温时 HSM钢的热扩散系数要高于 H13钢9×10-6 mm2/s，当温度高于1000℃时， HSM钢与 H13钢的热扩散系数基本一样。HSM钢具有较高的热导率，在300℃时其热导率较 H13钢高48.6%，极低的 Cr、S i含量，较高 Mo含量使 HSM钢的热导率数值很高，因此优化合金元素配比是提高合金钢热导率的重要途径。

目录

声明

第一章 绪论

1 .1课题研究背景和意义

1 .2热冲压成形技术研究现状

1 .3热冲压模具

1 .4热冲压技术的关键问题

1 .5 论文的研究目的、意义及内容

第二章 试验材料及方法

2 .1材料成分

2 .2试验方法

第三章 热冲压模具钢HSM的组织与性能研究

3 .1 HSM的退火工艺及组织分析

3 .2 HSM钢的淬火工艺及组织分析

3 .3 HSM钢回火工艺及组织性能分析

3 .4 HSM钢的热稳定性

3 .5 本章小结

第四章 HSM钢热导率的分析研究

4 .1热导率的计算公式

4 .2 材料热导率的热量方法

4 .3热导率的影响因素

4 .4合金成分对金属材料热导率的影响

4 .5 试验钢热导率的测试

4 .6本章小结

第五章 U型板热冲压成形过程的数值模拟

5 .1 传热方程

5 .2 热冲压成型有限元模型

5 .3 热冲压成型保压淬火工艺

5 .4模拟结果与分析

5 .5 不同时间U型板料与模具的温度变化分析

5 .6 模具热导率对模具温度的影响

5 .7 本章小结

第六章 结论与展望

6 .1 结论

6 .2展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况