冷作模具材料及適合于冷作模具材料的組合工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種冷作模具材料及適合它的組合工藝，其使用壽命提高，尤其是在用于對超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行加工時(shí)其使用壽命提高。其中的冷作模具材料的特征在于，包括作為基體材料的SDC90鋼，該SDC90鋼通過1040-1080攝氏度的真空淬火，形成（Cr,Fe）7C3和（Cr,Fe）7C碳化物，并且以及通過兩次500-540攝氏度的高溫回火，產(chǎn)生二次硬化并增加回火穩(wěn)定性，用非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積CrTiAlN涂層，并用非平衡磁控濺射工藝附加離子鍍（GLC），其中SDC90鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：0.9-1.0％C，1.0145％Si，0.2747％Mn，9.50-10.0％Cr，2.0％Mo,0.8-1.0％V，余量為Fe和雜質(zhì)。
【專利說明】冷作模具材料及適合于冷作模具材料的組合工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冷作模具材料，尤其涉及使用原材料為超高強(qiáng)度鋼(原材料抗拉強(qiáng)度達(dá)800MPa以上)為加工對象的冷作模具材料。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)環(huán)保節(jié)能減少排放要求的提高，汽車輕量化工作在持續(xù)的推進(jìn)，先進(jìn)高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼板越來越多的應(yīng)用在汽車底盤零部件上，這一類汽車零部件的生產(chǎn)，特別是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，采用的是級進(jìn)模具，每分鐘生產(chǎn)零件12件以上，每天的零部件產(chǎn)量達(dá)八千至上萬個(gè)沖次，這對模具材料提出了更嚴(yán)苛的要求，超高強(qiáng)度級別鋼汽車零件的生產(chǎn)特點(diǎn)是會在零件翻邊后增加側(cè)切道序，側(cè)切模塊除模具材料有更高要求外，對相應(yīng)表面涂層也提出了更高的要求。 因此如何提高冷作模具材料是業(yè)內(nèi)一項(xiàng)重要的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種冷作模具材料及適合它的組合工藝，其使用壽命提高，尤其是在用于對超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行加工時(shí)其使用壽命提高。
[0004]為實(shí)現(xiàn)所述目的的冷作模具材料，其特征在于，包括作為基體材料的SDC90鋼，該SDC90鋼通過1040-1080攝氏度的真空淬火，形成(Cr，F(xiàn)e) 7C3和(Cr，F(xiàn)e) 7C碳化物，并且以及通過兩次520攝氏度的高溫回火，產(chǎn)生二次硬化并增加回火穩(wěn)定性，用非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積CrTiAlN涂層，并用非平衡磁控濺射工藝附加離子鍍(GLC)，其中 SDC90鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:0.9-1.0% C, 1.0145% Si, 0.2747% Mn, 9.50-10.0%Cr, 2.0% Mo, 0.8-1.0% V，余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)所述目的的適合于冷作模具材料的組合工藝，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]將SDC90鋼作為冷作模具材料的基體材料，并將SDC90鋼加熱到1060攝氏度進(jìn)行真空淬火，形成(Cr，F(xiàn)e)7C3和(Cr，F(xiàn)e)7C碳化物，其中SDC90鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:
0.9-1.0% C，1.0145% Si, 0.2747% Mn, 9.50-10.0% Cr, 2.0% Mo, 0.8-1.0% V，余量為 Fe和雜質(zhì)；
[0007]將SDC90鋼加熱到500-540攝氏度進(jìn)行高溫回火，通過兩次該高溫回火以產(chǎn)生二次硬化并增加回火穩(wěn)定性；以及
[0008]非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積CrTiAlN涂層，再用非平衡磁控濺射技術(shù)附加離子鍍(GLC)。
[0009]目標(biāo)生產(chǎn)零件的原材料是超高強(qiáng)度鋼，在冷作模具工作時(shí)，由于被加工材料的變形抗力較大，模具韌口部位承受很大的壓力，沖擊力，模具與坯料之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，導(dǎo)致過載失效，磨損失效和疲勞失效。本發(fā)明在SDC90鋼的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)熱處理工藝的試驗(yàn)，尋求最佳組合，得到了組合涂層前的理想的基底材料；由于存在產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品原材料是超高強(qiáng)度鋼及汽車產(chǎn)品的產(chǎn)量這兩個(gè)特殊性，本發(fā)明考慮的是冷作模具的壽命，尤其是嚴(yán)酷的工作狀況下的壽命，這樣冷作模具及高強(qiáng)度鋼汽車底盤零件才會有穩(wěn)定的質(zhì)量，高的生產(chǎn)效率，有競爭力成本，沒有涂層或只有CrTiAlN及GLC單涂層都不能達(dá)到這樣要求，并根據(jù)發(fā)明人的深入研究服役條件及大量試驗(yàn)基礎(chǔ)，發(fā)明人的得到經(jīng)驗(yàn)是:狀況更糟，壽命甚至不足一百個(gè)零件，導(dǎo)致工件的粘料失效。因此發(fā)明人優(yōu)化了組合，找到了軟硬搭配涂層方向，大幅度降低了摩擦系數(shù)，克服了在目標(biāo)生產(chǎn)零件原材料是超高強(qiáng)度鋼時(shí)沖壓工藝中存在脫模、剝落的難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中冷作模具材料的復(fù)合涂層的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] SDC90鋼(高強(qiáng)韌性冷作模具鋼)，其中SDC90鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:
0.9-1.0% C，1.0145% Si, 0.2747% Mn, 9.50-10.0% Cr, 2.0% Mo, 0.8-1.0% V，余量為 Fe
和雜質(zhì)。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例中，以SDC90鋼為基體材料，通過1040_1080°C (例如1060°C)真空淬火，形成(Cr，F(xiàn)e) 7C3和(Cr，F(xiàn)e) 7C碳化物。即將SDC90鋼加熱到臨界溫度Ac3 (亞共析鋼)或Acl (過共析鋼)以上的溫度1040-1080°C (例如1060°C )，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后 以大于臨界冷卻速度的冷速快冷卻，進(jìn)行馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火工藝可以是氣淬或者液淬，氣淬即將工件(SDC90鋼)在真空加熱到1040-10800C (例如1060°C)后向冷卻室中充以高純度中性氣體(如氮)進(jìn)行冷卻。液淬是將工件在加熱室中加熱后，移至冷卻室中充入高純氮?dú)獠⒘⒓此腿氪慊鹩筒?，快速冷卻。
[0013]在本發(fā)明的實(shí)施例中，真空淬火后，還對SDC90鋼進(jìn)行兩次500_540°C (例如520°C )高溫回火，產(chǎn)生二次硬化并增加了回火穩(wěn)定性。
[0014]之后，再用非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積涂層(CrTiAlN),即在一定偏壓下Ar離子清潔表面，在偏壓下啟用Cr靶沉積Cr底層，然后逐漸通入氮?dú)庵烈欢髁砍练eCrN層,再逐漸啟用T1、Al金屬祀和氮?dú)獬练e梯度CrTiAlN涂層,最后,穩(wěn)定各金屬革巴及氮?dú)饬髁砍练e多層CrTiAlN涂層，鍍層中的Cr、T1、Al三種金屬含量由每種靶材產(chǎn)生的離子流密度來決定，而靶材的離子流密度則由外加電流大小來控制。
[0015]之后，在本發(fā)明的實(shí)施例中，還用非平衡磁控濺射工藝SDC90鋼表面附加離子鍍(GLC)，即將制備好的CrTiAlN涂層試樣烘干，降溫后重新放入爐膛，復(fù)合第二層GLC涂層。制備工藝為:在一偏壓下啟用Cr靶沉積Cr底層，再逐漸啟用石墨靶沉積梯度Cr/C涂層，最后，單獨(dú)關(guān)閉Cr靶電流沉積單層C涂層。沉積條件為:真空度< 4X 10_3Pa，沉積氣壓:
4.0X KT5Torr (I~1.33X I(T1Pa)，基體溫度< 400°C。鍍層中的Cr金屬含量及C含量由兩種靶材產(chǎn)生的離子流密度來決定，而靶材的離子流密度則由外加電流大小來控制。采用質(zhì)量流量控制器來控制Ar氣流量；用光學(xué)發(fā)射法OEM (Optical Emission Method)監(jiān)控Cr的發(fā)射光譜的強(qiáng)度變化，用壓電閥動態(tài)控制N2的流量。
[0016]前述實(shí)施例在較軟的CrTiAlN上復(fù)合第二層較硬的GLC，形成復(fù)合的PVD涂層，試驗(yàn)獲得CrTiAlN/GLC復(fù)合涂層具有比單一 GLC涂層更高的納米硬度及彈性模量結(jié)果。顯然，CrTiAlN涂層對GLC軟涂層起到了很好的支撐作用，提高了復(fù)合涂層整體的硬度。本發(fā)明實(shí)施例中冷作模具材料的電鏡圖如圖1所示，非平衡磁控濺射CrTiAlN底層致密均勻，與SDC90鋼有很強(qiáng)的結(jié)合力，Cr及Ti元素的加入提高了涂層抗氧化能力，適合模具在高速沖壓過程中產(chǎn)生熱量而提高模具抗熱蝕性能，非平衡磁控濺射工藝附加離子鍍(GLC)以SP2碳鍵為主，電阻率高，內(nèi)應(yīng)力小，結(jié)合強(qiáng)度好，具有高硬度，低摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合高強(qiáng)度鋼板冷沖模具表面強(qiáng)化和潤滑 。
【權(quán)利要求】
1.冷作模具材料，其特征在于，包括作為基體材料的SDC90鋼，該SDC90鋼通過1040-1080攝氏度的真空淬火，形成(Cr，F(xiàn)e) 7C3和(Cr，F(xiàn)e) 7C碳化物，并且以及通過兩次500-540攝氏度的高溫回火，產(chǎn)生二次硬化并增加回火穩(wěn)定性，用非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積CrTiAlN涂層，并用非平衡磁控濺射工藝附加離子鍍(GLC)，其中SDC90鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:0.9-1.0 % C, 1.0145% Si, 0.2747% Mn, 9.50-10.0 % Cr,2.0% Mo, 0.8-1.0% V，余量為 Fe 和雜質(zhì)。
2.一種適合于冷作模具材料的組合工藝，其特征在于，包括以下步驟 將SDC90鋼作為冷作模具材料的基體材料，并將SDC90鋼加熱到1040-1080攝氏度進(jìn)行真空淬火，形成(Cr，F(xiàn)e) 7C3和(Cr，F(xiàn)e) 7C碳化物，其中SDC90鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:0.9-1.0% C，1.0145% Si, 0.2747% Mn, 9.50-10.0% Cr, 2.0%Mo, 0.8-1.0% V，余量為Fe和雜質(zhì)； 將SDC90鋼加熱到500-540攝氏度進(jìn)行高溫回火，通過兩次該高溫回火以產(chǎn)生二次硬化并增加回火穩(wěn)定性；以及 非平衡磁控濺射工藝在SDC90鋼表面沉積CrTiAlN涂層，再用非平衡磁控濺射技術(shù)附加離子鍍(GLC)。`
【文檔編號】C23C14/32GK103526115SQ201310032908
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】萬紫, 方平, 施雯 申請人:上海匯眾汽車制造有限公司