高热导率热冲压模具钢HSM的组织与性能

由于环保和节能的需要，汽车轻量化是实现节能减排的重要措施之一，现已成为世界汽车发展的潮流。随着汽车轻量化的发展，超高强度钢逐渐发展应用起来。传统的冷冲压工艺已经不能满足超高强度钢的生产要求，热冲压成形技术的发展成功解决了冷冲压容易产生破裂、起皱、反弹、尺寸精度不高的缺陷，近年来热冲压模具钢的使用量急剧增长。热冲压模具的使用情况较一般热作模具要复杂，热冲压模具要有较高的热导率、高硬度、良好的韧性以及热稳定性等。本课题对自主研发的热冲压模具钢HSM进行力学性能分析，对热冲压模具关键参数热导率、冲击性能、高温稳定性进行测试，与国内优质H13钢进行了对比分析。

采用合理的冶金工艺制备HSM试验钢，将配比好的合金配料放入ZG-0.01型真空感应电炉中熔炼，浇铸钢锭。电渣重熔后，经多向锻造以及球化退火，得到HSM钢的成分（质量分数，%）为：C0.47，Si0.15，Mn0.19，Cr0.17，Mo2.99，V0.05，Fe95.93。将HSM钢在电阻炉中进行1040℃淬火及两次600℃×2h回火，回火后硬度为50.7HRC。

对尺寸规格为40mm×40mm×250mm的HSM钢进行真空淬火热处理，淬火工艺为：在500℃预热15min后，加热到850℃再预热15min，之后加热到1040℃保温30min油冷至室温，再经两次600℃×2h回火后，切取金相试样和硬度试样，尺寸为10mm×10mm×10mm，采用MM大视野金相显微镜对组织进行显微组织观察，采用GeminiSEM500型场发射扫描电子显微镜进行显微组织观察。用激光闪射法导热系数测量仪LFA427测得试验钢的热导率；用ZBC200-EC摆锤式冲击试验机测得回火试样室温冲击性能。切取尺寸为15mm×15mm×10mm的试样进行热稳定性试验，将试样放入箱式炉中，在600℃分别保温2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22和24h后，用HRS-150D型数显洛氏硬度计测定硬度值的变化情况。结果显示：

（1）HSM钢退火态组织均匀，没有明显成分偏析，硬度为206HV0.05，符合机加工要求，淬回火组织中有细小的碳化物析出，主要是Mo的特殊碳化物。

（2）HSM钢具有较高的热导率，300℃时较H13钢热导率高48.6%；冲击断裂性质为韧性断裂，冲击吸收能量为198J。

（3）HSM钢的热稳定性优于H13钢，600℃保温24h后，HSM钢的硬度降低约21.3%，H13钢的硬度降低26.4%。