材料硬化TD应用资料.docx

1、材料硬化TD应用资料 汽车结构件模具采用TD工艺时应注意的事项 成都金品科技发展有限公司 许斌一、设计和材料选用并非所有的汽车结构件模具都需要TD处理，只有产量大、产品质量要求高、易磨损的汽车结构件、地板件在拉伸、成形、整形、翻边、翻孔等工序的模具才最需要TD。我们认为汽车结构件模具在采用TD处理时需要注意的主要事项有：1. 设计：1) 模具设计要尽量避免细长、薄壁、L型、截面急剧变化等结构，镶块模具避免在形状突出部分进行分段；2) 镶块模具的尺寸应380mm，厚度60mm；3) 单件模具长度应700mm，宽度500mm，外径500mm；4) 型腔内部R角0.5mm；5) 孔距或空边距需5mm

2、；6) 壁厚外径的20%；7) 单件模具重量240kg。2. 基体材料的选用：最好选择Cr12MoV、XW-42、SKD11、KD11S、DC53、D2 、D6、 A2等。国产的Cr12MoV材质的化学成分要符合GB/T 1299-2000标准，进口材料要符合其国家、行业或企业标准。我们通过八年的材料选用跟踪，我们认为如果不采用TD技术，进口材料的使用效果明显优于国产材料。如果采用TD处理，相同含碳量的国产材料的使用效果但从耐磨性能与进口材料差别不大，但从变形量及其热处理性能要优于国产材料；3. 初始热处理工艺：绝大多数下推荐采用相对消除热应力和组织应力工艺较好的高淬高回的热处理工艺；4. 制

3、造过程的控制；5. 特殊情况下的焊补；6. 装配、调整和使用，人、机、料、法、环的匹配。二、正确认识TD后工件的变形量 从理论上讲，并没有不变形的热处理，TD也一样，这也是TD今后攻关的主要课题。只不过TD在如此高温度下相对其他热处理其变形量应该算最小的。尽管TD处理也会有变形，但是可以通过工艺试验，最有效的方法是用预留尺寸法来弥补。事实上TD处理的变形量针对每一种金属材料并没有一个通用的、精确的计算公式。目前针对国产的金属材料我们摸索出的平均的变形量约为0.05，如果只针对于同一炉次的材料我们通过工艺试验的方法可以精确地控制在能够满足用户使用的范围之内。我们认为，只要通过事先的沟通和工艺试验

4、，模具经过TD处理后可以不影响装配和使用。影响模具TD过程中影响工件变形的因素很多，主要有：1. 设计：2. 材料：化学成分（国产）、轧制质量、纤维方向（棒材、板材、锻件）等；3. 热处理：TD前的热处理工艺和质量，特别是组织应力和热应力的消除情况；4. TD：工件的装夹及TD工艺控制。三、工件在TD前的焊补即便是发达的工业国家，模具的焊补也在所难免，也完全可行。我们通过前期的技术沟通，焊补的模具也不会明显影响其使用性能。模具焊补后容易出现的缺陷主要表现在：1. 焊点开裂。模具焊接开裂的主要原因有：1） 焊接工件与焊材的材质不一致，使工件在焊接和热处理工程中材料的热膨胀系数不一致，导致工件产生

5、微裂纹；2） 焊接设备的选用和焊接作业者的工艺水平；3） 工件及焊材在焊接前没有预热；4） 焊接后没有对工件进行保温，保温其实就是一个退火过程，通过退火可以消除应力，降低或完全规避工件在焊后开裂的风险。2. 模具变形超差；3. 焊接部分不能做上TD覆层，整个工件的TD层不均匀。我们建议对模具的焊补采取下列方法后，可以减少或规避缺陷模具焊补的缺陷：1. 焊接设备选用：依序选择直流焊、交流焊、氩弧焊； 2. 焊接材料选用：Cr12MoVSDK11KD11SDC53D2A2模具材料请选择日本东海熔业TM-10B焊材、小池酸素公司的MH650、Trader公司的SKD11（这个牌号极有可能是针对中国市

6、场特取名的，适合氩弧焊）焊材；3. 焊接工艺： 1) 对焊接部位打坡口，并确保其洁净；2) 预热A、 TD前需要焊接的：焊接工件用300 -400预热透保温2小时,直流焊、交流焊的焊条用300 保温2小时；B、 TD后需要焊接的：焊接工件用160-180预热透保温2小时,直流焊、交流焊的焊条用 300 保温2小时。如果现场不具备保温条件可用其他热源（氧气、乙炔等）代替；3) 对焊接量较大的工件实行堆焊，堆焊时要确保焊渣清除干净，同时还需用角磨机 反复打毛焊接面后再焊。一个焊接面尽量使用一支焊条，焊接过程中尽可能规避焊条接续；4) 对焊接好的工件用160180热透保温2小时后随炉冷却。四、TD前

7、仍然要对工件进行热处理的理由TD其实就是一个完整的热处理过程。不管TD前的工件的基体硬度有多高，在TD过程中都会有一个重新淬火的过程。尽管如此，我们仍然建议客户在TD前应该给工件淬火或调质，其理由是：1. 消除组织应力和热应力，可以降低TD处理过程中的变形量；2. 可以保证工件磨削加工的光洁度； 3. 有基体硬度可以支撑试模；4. 材料的锻造缺陷可及时发现； 5. 降低物流中工件撞伤的几率。五、工件在TD前可选择的热处理工艺（下列工艺可与TD工艺兼容）1. 真空淬火（重点推荐）；2. 中性盐浴炉（没有真空淬火条件时也可以选择）；3. 普通井式电炉；4. 普通厢式电炉；5. 表面感应淬火；6.

8、表面激光淬火。六、模具采用TD处理的刚性条件的建议1. 工作温度低于500的以磨损失效的冲压、挤压、拉拔、滚压、旋压模具；2. 被加工材料板厚超过1.4mm；3. 被加工材料屈服强度超过400Mpa；4. 产品的拉伸高度超高50mm；5. 产品的外观要求严格；6. 单一产量大于10万件。SKD11、Cr12MoV模具材料做TD处理时其前期热处理工艺选择 成都金品科技发展有限公司 许斌由于车型单一产量的增加，高强度板的采用，汽车结构件模具采用TD处理是势在必行和迫在眉睫。汽车结构件模具采用TD处理时，其模具设计、材料的选用及锻造、TD前的热处理工艺应考虑下列因素：一、 模具材料选用：选进口材料还

9、是选国产材料模具如果不做TD，则优选进口材料。如XW-42、SKD11、KD11S、SLD（HITACHI）、DC53、D2、ASSAB88等。如选择TD处理，进口材料与国产材料在耐磨性能上的差异不大。因为决定TD质量优劣的最直接的因素是金属材料的碳含量。但进口材料的变形量和热处理性能要优于国产材料。如使用国产材料，优选Cr12MoV和Cr12Mo1V1。二、 国内Cr12MoV生产厂家选择推荐（排名不分先后）上五钢（宝钢集团） 大冶特钢（冶钢股份） 抚顺特钢 长城特钢（攀钢集团）三、 Cr12MoV的锻造工艺通常情况下，Cr12MoV锻造包括：加热均质、锻造变形、锻后冷却、等温球化退火（一）

10、、加热均质：锻坯随炉缓慢初始升温到500600预热保温1-2小时，800-900二级预热，保温1-2小时；再以80-100/h的升温速度，升温至1000-1100，保温2-3小时，保温期间将锻坯进行一次翻身；（二）、锻造变形：开锻温度1000-1100，终锻温度900-950，反复镦拔4-5次，当锻件温度低于900-950范围时，将其加热到1000-1100，保温2-3小时后再进行锻造；（三）、锻后冷却：以30/h的降温速度将锻件冷却到60-100；（四）、等温球化退火： 85087024h，炉冷至740-7604-6h，炉冷至500出炉空冷，硬度为220280HBS。四、 Cr12MoV淬火

11、出现开裂成因通常情况下分为淬火开裂和非淬火开裂。（一）、非淬火开裂形成因：锻造缺陷。锻造工艺不符合工艺要求，过程失控，锻造时就已出现显微裂纹。（二）、淬火开裂成因：1、材料错误；2、材料缺陷。主要表现在：1）化学成分不达标；2）原材料存在网状共晶碳化物或球化退火不良；3）原材料存在显微裂纹，淬火时裂纹扩大。3、热处理工艺错误。主要表现在： 1）淬火加热温度过高，保温时间过长，导致晶粒粗大，脆性大，过烧时晶界氧化或熔化； 2）冷却介质，冷却速度选择不当； 3）没有预热或预热温度过低，加热速度过快，由瞬间急剧温差导致开裂； 4）重复淬火前未进行中间退火； 5）淬火后未及时回火。4、形状设计不当。如

12、存在尖角、孔距、孔边距、长径比失当等缺陷。淬火开裂是不可补救的淬火缺陷，其预防的主要措施有：1、 正确选择材料； 2、选择正确的锻造工艺； 3、选择正确的热处理工艺； 4、设计合理。五、 Cr12MoV的热处理工艺选择，高淬高回，低淬低回有何本质区别？Cr12MoV最常用的有两种热处理工艺，分别是高淬高回，低淬低回。（一）、高淬高回：10801120淬火，500520回火。优点：残留奥氏体较少，应力小，线切割开裂风险小，抗回火性好，红硬性好，后续进行表面强化时可进行氮化、PVD等处理。缺点：晶粒粗大、变形大、力学性能降低、韧性差。（二）、低淬低回：10001040淬火，160200回火。优点：

13、组织晶粒细，变形小，基体韧性好，力学性能好，成本相对较低。缺点：组织应力和热应力消除不好，金属红硬性降低，线切割有开裂风险（只要避免尖角或R0.5mm，开裂的风险也会减小），后续不能进行温度高于210的表面强化工艺如QPQ、PVD等（TD工艺除外），TD处理变形相对较大。六、 如果模具需要TD处理，其前期热处理是选择高淬高回还是低淬低回？高淬高回和低淬低回各有应用领域，孰优孰劣不能一概而论，要据其工况（模具的服役条件）确定。（一）、当下列现象出现时优选低淬低回：1、 模具工作温度200；2、 模具变形相对要求不严，精度要求相对不高；3、 模具的韧性要求高；4、 线切割的形状不复杂，无明显尖角或

14、R0.5mm；5、 只考虑TD处理的表面强化方式，不选择QPQ、PVD处理。（二）、当下列现象出现时优选高淬高回：1、 模具工作温度200；2、 模具的变形要求、精度要求相对较高；3、 模具的韧性要求不高；4、 淬火后的线切割形状复杂，R0.5mm；5、 除TD工艺外，也有可能考虑QPQ、PVD的表面强化方式。 综上所述，汽车结构件模具拟采用TD处理时，要据其服役条件，选择适合的模具材料和热处理工艺，以确保产品质量稳定，产能保证、使用方便、综合成本低廉。高强度厚板、重载荷工况下重卡结构件模具的TD应用成都金品科技发展有限公司 许斌随着中国经济和汽车工业的发展,重卡已经在全球占领了一席之地，自2

15、008年以来，中国的重卡在技术和产量均取得了根本的突破。一、重卡结构件模具特别是梁类模具存在的共同特点有：1. 被加工材料厚，通常6mm，梁类产品甚至普遍采用1+1的结构； 2. 屈服强度高，通常600MPa,且表面状态差；3. 热轧板表面存在明显的氧化皮，当模具工作时，被加工材料表面的氧化皮受力搓压，从金属材料基体中剥离，剥离掉的氧化皮堆积在模具表面，与被加工材料之间产生磨料磨损，加剧了模具的磨损； 4. 工作载荷大。 二、重卡结构件模具出现的主要失效形式有： 1. 磨损。磨损又分为工作面（多为成型材料导向的R面）全局磨损和起划线的局部磨损（也多出现于R型面）； 2. TD层的剥离。 三、失

16、效分析通过我们多年在重载荷模具TD处理应用的经验分析。出现模具失效的主要的原因分析如下： 1、 磨损 造成原因主要有： 1) 模具的表面硬度绝对值不高，表面硬度低于1800HV； 2) 热轧板的表面氧化皮由于在成型的搓压下脱离金属基体，在模具和被冲压材料之间产生磨料磨损，这是热轧厚板冲压特有的工况；3) 正常失效。任何东西都有极限，即便是TD处理后，其表面硬度很高，有的甚至大于3600HV，但由于磨损已经达到极限，最终还是会磨损掉TD层，造成模具表面没有TD层的保护，导致模具最终失效； 4) 改变原有工况，部分顾客认为经TD处理后的模具包治百病，就永远不会失效，因此，擅自改变其原有工况，特别是

17、改变其原有的润滑状态； 5) 基体硬度偏低，导致模具基体硬度不足于支撑表面TD层承受较大的工作载荷。由于模具基体产生潜在的塑性变形，因此使TD层失去了基体的有效支撑，从而使TD层随基体的变形而出现塑性变形或磨损（多数情况是产生划痕，俗称道线）失效。在这里我们特别要强调：经过TD处理的模具，其模具的基体硬度不是拿来耐磨的，而是拿来支撑TD层在工作中的刚性的,并非模具的基体硬度越高越好。 2、 TD层剥离这是重载荷、厚板、高强度板、材料氧化皮多的工况最典型的失效形式，其失效的主要原因有： 1) TD层与模具基体的冶金结合度不好，这里有很多原因，因涉及到公司的技术机密，不一一赘述； 2) TD层不均

18、匀，多数是由于模具材料的碳含量偏析或TD工艺（如盐浴流动性差，盐浴成分不均匀等因素）所致。这两种可能都存在。作为TD厂家，只能做到TD的本道工序过程受控，保证TD生产过程中不产生TD层不均匀的现象的发生，同时也应告诉客户要正确地选择模具材料及其锻造工艺和前期热处理工艺，尽量保证模具在TD前不产生明显的碳偏析； 3) TD层太厚。TD层从理论上讲越厚越好，但在实际应用中，应注意“度”的把握。TD层太薄，会降低其耐磨性，太厚在重载荷下又会出现剥离的现象。 因此，不管是模具的基体硬度还是TD层的厚度，在实际应用中就是要注意“度”的把握，不是模具的基体硬度越高越好，TD层越厚越好，最合适就是最好的。要

19、以哲学的思想，辩证的思想来指导我们技术的研发和应用。这点也刚好是金品强项所在。 金品在七年的研发和实际应用中，积累了大量的经验和教训。这也是金品在中国TD领域里一直苦心孤诣，韬光养晦的源泉和动力。 四、金品在高强度板采用TD的处理的优势和解决办法主要有： 1) 尽可能提高模具的表面硬度，提高模具的表面耐磨性能；2) 提高TD层抗剥离的性能。金品的TD技术在国内率先采用了多元共渗，在TD工艺中添加了一种特殊的高耐磨、高组织致密度的稀有金属元素。使金品技术的TD层表面的组织致密度更高，与组织基体的冶金结合度更好。金品的TD技术完全拥有自己的知识产权，其技术平台已超越了国内或者日本、韩国的单渗技术。

20、本公司的TD技术其TD层组织致密度更高，与基体的冶金结合度更好，可极大地提高TD层的抗剥离能力和耐磨性能； 3) 注重模具基体硬度的选择，既保证基体不产生塑性变形使TD层失去基体硬度的支撑，又保证基体硬度过高产生韧性过高导致模具在重载下产生开裂的风险； 4) 选择适当的TD层厚度。 结论我们认为，TD处理后的重卡结构件模具，如果模具材料不出现明显的碳偏析，TD工艺得当。完全可以在重载荷、厚板、高强度板的工况下得到较好的应用。而且过往的应用也得到了有效的验证。 Cr12MoV入检时的品质控制建议成都金品科技发展有限公司 许斌背景2009年以来，中国的汽车、钢铁产量已跃居世界第一，已成为名副其实的

21、世界工厂。被称为工业之母的“模具”产业正群雄逐鹿。一直困扰模具业界的模具材料行业虽然近几年也有长足进步，但是整体来看还是饱受诟病。主要表现在产业规模偏小，产品创新不足，质量良莠不齐，渠道覆盖密度低，再加之模具材料经销商间相互诋毁、废品回收料经冶炼加工后鱼目混珠，以及热处理厂家又与材料厂家相互推诿，更加大了顾客在采购中甄别质量的难度，甚至无所适从。国产的Cr12MoV通过几十年在冷作模具的应用已基本成熟，由于价格的优势和国内生产厂家寡头垄断的基本形成，这将决定其在未来有着良好的成长空间。因此，在采购Cr12MoV过程中对品质的控制已迫在眉睫。一、 模具材料在模具加工过程中的重要性众所周知，影响模

22、具的使用寿命的因素较多。从模具的设计、材料选用、机加工、热处理、表面强化、安装调试等人、机、料、法、环诸多因素都会影响到模具的使用寿命。而模具材料的品质控制又是上述因素中的一个非常重要的环节。模具材料是模具工业的物质基础，也是模具实现其功能的载体。不同的材料，由于其化学成分的差异，就决定了其淬火温度、冷却介质的不同。而TD是一种化学热处理，化学是一门精确的科学，一旦模具材料出现错误，不管工艺过程如何控制，都会事与愿违。而热处理工序又处于模具制造的中间工序，TD还是最后一道工序。一旦在TD工序中才发现错误，早已为时已晚。它会严重影响工程进度，增加模具的制造成本，甚至会影响到模具企业信誉，为竞争对

23、手落下口实。在实际工作中我们会遇到在大批次的模具交付中，有时就是极少数或者个别的的模具材料出现问题，就会影响到本批次的模具交付，造成资金不能按时回笼，装配调试不能如期结束，往往因小失大。然而这些工作只要我们在前期做好过程控制，都能够做到有效规避或者把过失降到最低。二、 对国产Cr12MoV材料厂家的推荐通过数年的质量跟踪，我们认为凡是符合GB/T 1299-2000的Cr12MoV都能满足TD的技术要求，相比之下，国内几家大的骨干企业其品质的稳定性更有保证，我们重点推荐：上海五钢（位于上海。现为宝钢集团特钢公司）、大冶特钢（位于湖北大冶，现为荣智健家族控股的上市公司）、抚顺特钢（位于辽宁抚顺）

24、、长城特钢（位于四川江油。现为攀钢集团收购）。客观上讲，只要C（1.451.70%）、Cr（11.0012.50）、Mo（0.400.60）、V（0.150.30）这四个指标符合GB/T 1299-2000的要求，都能满足TD的技术要求。三、 对合格供应商的选定我们建议每个企业在模具材料采购中，应考评和选定稳定的合格供应商。拟选前要对目标供应商进行背景调查和客户走访。重点考核其资质、行业地位、管理水平和顾客口碑。合格供应商的最基本的特征有：(一) 有良好的道德和履约能力；(二) 是国内重点特殊钢厂家及其附属工厂或合资工厂（上五钢、大冶特钢、抚顺特钢、长城特钢）的签约代理商、经销商，或与其签约代

25、理商、经销商有合作关系，主要是保证货源的正宗；(三) 有品质控制能力；(四) 有一定的检测能力；(五) 有产品交付能力；(六) 有售后服务快速响应和及时纠错的能力；(七) 对采购商企业文化认同。同时，我们也认为，模具制造企业与模具材料供应商、常规热处理厂家、TD厂家之间应保持一种战略合作关系。不以短期的利益、不以绝对的低价作为合作的唯一选择。产业链之间也需要维持一种平衡长期利益和短期利益的平衡，利益与非利益的平衡。如果顾客需要我们也可以提供国内重点特殊钢厂及其附属或合资工厂（上五钢、大冶特钢、抚顺特钢、长城特钢）在各地的代理商客户名录。四、 材料入检的过程控制 我们建议采购企业对材料入检时应出

26、具以下书面文件：(一) 提供生产厂家出具的每炉次的产品质量合格证明书（俗称材质书）；(二) 锻件需提供二级探伤报告；(三) 如果每次采购批量超过1吨时，应要求供应商出具有资质的第三方的检测报告， 其主要的化学成分应符合国标GB/T 1299-2000如下：化学元素影响热处理的关键重点元素其他重要元素碳 C铬 Cr钼 Mo钒 V硫 S磷 P硅 Si锰 Mn含量（%）1.451.7011.0012.500.400.600.150.300.0300.0300.400.40 此外，在加工前还需确认：(一) 自己有光谱仪的企业可使用光谱仪进行全检或抽检（尽管光谱仪不是各国受 法律认可的检测方式，但作为企

27、业自建还是有一定的参考意义）；(二) 自己有化学分析条件的企业可对模具材料进行抽检，抽检比例根据客户的信 任度和合作关系而定；(三) 对批量超过一吨以上的模具如果企业没有检查条件的，请委托有资质的第三 方复检。这一点非常重要，目前委托化验的费用大约为4060元人民币一 项，化验时只需检测Cr、Mo、V三个元素即可，虽然花点小钱，但可以极 大地规避未来的成本和交货期的风险；(四) 交货状态：退火状态；(五) 基体硬度：255207HB；(六) 热处理工艺试验：选定与加工工序不发生冲突，且具备试验条件的模块，对 其进行热处理工艺试验。热处理工艺：淬火温度9901030。冷却介质：空冷。回火：180

28、210，2.5hx3次。回火后的基体硬度为5862HRC。五、 结论Cr12MoV在加工前对品质按一定的流程来保证过程受控，在未来的TD处理或者常规热处理过程中能基本规避或最大限度减少模具由于材料缺陷所导致的经济损失和时间耽误。汽车镶块模具从调试现场到TD过程应注意的事项 成都金品科技发展有限公司 许斌模具从设计、制作到试模犹如十月怀胎，一朝分娩。一个优秀的钳工调试团队应该不断地提高自己的劳动技能、敬业精神和职业素养，有独当一面的勇气和才能，一切本着为顾客服务、为公司创造价值的原则而“将在外君命有所不受”。模具由试模现场到TD过程中应注意的事项有：一、 试模过程中的修复和焊接由于高强度板的采用

29、，即便是按双方汇签过的图纸加工的模具也未必保证能加工出合格的产品。因此，试模过程中模具的修复难以避免。现场试模的钳工应与顾客和公司的设计人员多沟通，对试模过程中模具的修复应进行真实、及时、详尽的测量和记录以利能完整地反馈给设计者，让设计者在今后的工作中积累经验。对需要焊接的模具我们建议： 4. 焊接设备选用：依序选择直流焊、交流焊、氩弧焊； 5. 焊接材料选用：Cr12MoVSDK11KD11SDC53D2A2模具材料请选择日本东海熔业TM-10B焊材和Trader公司的SKD11（这个牌号极有可能是针对中国市场特取名的）焊材；6. 焊接工艺： 1) 对焊接部位打坡口，并确保其洁净；2) 工件

30、用80 -120预热透保温2小时,直流焊、交流焊的焊条用 200 保温2小时。如果现场不具备保温条件可用其他加热设备代替（氧气、乙炔等）；3) 对焊接量较大的工件实行堆焊，堆焊时要确保焊渣清除干净，同时还需用角 磨机反复打毛焊接面后再焊。一个焊接面尽量使用一支焊条，焊接过程中尽可能规避焊条接续；4) 对焊接好的工件用80 -120热透保温2小时后随炉冷却。二、 TD最佳时机选择当有下列现象出现时即可进行TD处理：1. 模具终验收已完成；2. 模具至少已通过两次修复或产量已超过2000件；3. 产品已生产两周的库存。三、 拆卸应按每个产品单独拆卸，拆卸时不得碰伤模块，特别是工作部位。对螺钉、定位

31、销、垫片等其他附属标准件和功能件都要从模块上拆下来并妥善收储备用。包装和发运时只能是模块裸件。对拆卸下来的模块要及时登记，摆放区域要进行物理分隔以避免混件。四、 外观缺陷检查和登记对拆卸下来的模具如存在严重磕碰、划伤、焊补及其他外观缺陷的应逐一标识、拍照、登记存档。五、 标记如果镶块上有标记，则按整套来进行包装、物流配送，如果镶块上没有标记，应按件号用水性笔进行逐个标注。最好是对不同的产品用不同颜色的水性笔来进行区分。六、 包装 1、运距远，运输条件恶劣时(如空运、汽运、铁路)： 1）里层用23mm厚的泡沫板（家装木地板下垫的那一种）对镶块模具用强度较好的封箱胶带逐个裹缠，裹缠后再用纸箱包装，最外层用强度较高的编织袋包装并用封箱胶带反复缠绕，最后再用打包带打包，打包带强度大于8 0kg。此种方