目前在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，高強(qiáng)度鋼板的大量使用使得冷作模具鋼在高強(qiáng)度鋼板沖切和彎曲工藝中的應(yīng)用大量增加。高強(qiáng)度鋼板的使用對(duì)于環(huán)境保護(hù)大有裨益。一方面，使用高強(qiáng)度鋼板可以降低汽車(chē)的重量，所以減少了原材料的使用，降低了能耗。同時(shí)，歐洲汽車(chē)工業(yè)認(rèn)為要降低二氧化碳的排放水平，其中一種可行的方法就是降低汽車(chē)自重，當(dāng)然，對(duì)于汽車(chē)安全性的業(yè)要求在車(chē)身的關(guān)鍵部位采用高強(qiáng)度部件。高強(qiáng)度鋼板的使用增加了沖壓件的強(qiáng)度，從而獲得相同的強(qiáng)度使用的鋼板就會(huì)更少。
    高強(qiáng)度鋼板的成形需要更高的沖切和工作力。因而，要求冷作模具鋼的硬度更高、韌性更好。高強(qiáng)度鋼板目前的性能特點(diǎn)和將來(lái)的發(fā)展要求研究更高性能的模具材料（日本大同模具鋼、瑞典一勝百模具鋼、瑞典烏德霍姆工具鋼UDDEHOLM、日本日立模具鋼HITACHI METALS、日本不二越高速鋼、美國(guó)熔爐斯伯粉末冶金工具鋼、德國(guó)葛利茲模具鋼Groditz等）以滿足高強(qiáng)度鋼板的加工要求。
高強(qiáng)度鋼板
    本試驗(yàn)高強(qiáng)度鋼板選用SSAB公司的馬氏體鋼。本沖切實(shí)驗(yàn)使用SSAB 公司的Docol 1400M高強(qiáng)度鋼板。
冷作模具鋼       
     通常來(lái)講，冷作模具鋼需要高硬度，因?yàn)楦哂捕瓤梢苑乐鼓＞叩乃苄宰冃位蛘邍?yán)重的磨損。高硬度要求冷作模具鋼要求有比熱作和塑料模具鋼更高的碳含量。因?yàn)樘际谦@得高硬度的最主要元素，但是材料的韌性卻會(huì)下降。冷作模具鋼需要好的抗磨損性能、高的抗壓強(qiáng)度、和足夠的韌性及延展性。高的耐磨性可以增加模具的壽命減少維護(hù)引起的停機(jī)；高的抗壓強(qiáng)度可以防止模具發(fā)生塑性變形；足夠的韌性及延展性防止材料的早期開(kāi)裂和崩刃。高的耐磨性不僅需要高的碳含量同時(shí)，應(yīng)包含硬的碳化物。這些碳化物是碳和碳化物形成元素如鉻、釩、鉬、鎢等的化合物。通常，碳化物越硬，數(shù)量越多，尺寸越大耐磨性越好。但是高硬度使得材料缺口效應(yīng)更敏感。大的碳化物通常是疲勞裂紋的起源點(diǎn)。大多數(shù)的模具失效是由于疲勞開(kāi)裂。疲勞裂紋通常在有缺口效應(yīng)的地方起源，這些地方的應(yīng)力集中比較強(qiáng)。一般，材料的高硬度使得疲勞裂紋的擴(kuò)展非常迅速，也就是材料的整體開(kāi)裂非常的快。
    東莞市弘超模具科技有限公司專業(yè)銷(xiāo)售進(jìn)口最具性價(jià)比模具鋼材以及國(guó)產(chǎn)新型模具鋼、基體鋼、無(wú)磁模具鋼、火焰鋼、空冷鋼、透氣鋼等，提供模具失效分析及模具壽命解決方案一站式服務(wù)。
    對(duì)于冷沖模具必須盡量減少引起裂紋起源的缺陷。裂紋起源的缺陷不僅包括碳化物還包括大的夾雜和模具表面的缺陷或尖角加之材料高硬度使得裂紋易于擴(kuò)展。因此，冶金工藝的純凈度和模具表面的光潔度對(duì)于模具的壽命有重要影響。
表1 東莞弘超銷(xiāo)售的幾種瑞典一勝百(ASSAB)冷作模具鋼的化學(xué)成分

試驗(yàn)條件
    使用采用圓形沖頭和凹模，凹模直徑為Ø10mm,通過(guò)改變沖頭的直徑調(diào)整沖裁間隙，沖頭磨削加工成形，光潔度為RA ≈ 0.15 μm。試驗(yàn)過(guò)程中凹模采用粉末冶金鋼Vanadis 4，因?yàn)槟p主要發(fā)生在沖頭部分，我們主要調(diào)整沖頭的鋼種和硬度。
試驗(yàn)用高強(qiáng)度鋼板為SSAB 公司Docol 1400M，鋼板厚度為1mm，鋼板寬度20mm 的帶卷。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中不使用潤(rùn)滑劑，因?yàn)檫@樣可以縮短試驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)可以模擬最?lèi)毫拥墓ぷ鳡顟B(tài)。
沖切試驗(yàn)結(jié)果
    采用XW-42, Calmax 和Vanadis 4 三種材料， Calmax 采用低溫回火，回火硬度為58HRC,XW-42 采用高溫回火，硬度為58HRC，Vanadis4 也采用高溫回火，硬度為58HRC。沖頭取樣方向選用Ø20mm 的軋制方向?yàn)闆_頭長(zhǎng)度方向。沖裁間隙為單邊Δ = 6 % 。
    圖1 沖切試驗(yàn)結(jié)果為Docol 1400M 的沖頭磨損結(jié)果，從中可以看出相對(duì)于普通低碳鋼板（500－600Mpa）的Docol 1400M 對(duì)沖頭的磨損非常嚴(yán)重，對(duì)于普通低碳鋼板的磨損一般在1000－4000μm2,而Docol 1400M 的磨損大約在16，000－40，000μm2 的范圍。
    
圖 1 沖頭磨損狀況                                           圖2 Calmax 沖頭刃部磨損照片
    其中Calmax 沖切140，000 的刃口照片見(jiàn)圖2，從圖中可以看出由于高強(qiáng)度鋼板與沖頭之間的巨大摩擦力在沖頭的刃部形成了很深的磨粒磨損痕跡，在距離刃口一定距離的位置有明顯的疲勞裂紋出現(xiàn)，但是刃口齊整沒(méi)有刃口崩刃現(xiàn)象出現(xiàn)。了解更多相關(guān)資訊，敬請(qǐng)關(guān)注東莞市弘超模具科技有限公司模具鋼材專業(yè)網(wǎng)站www.syfukang.com。
    圖3 為XW-42 沖切140，000 次的沖頭刃口照片，從圖中可以清晰的看出在140，000次沖切之后在模具刃口部分有嚴(yán)重的崩刃現(xiàn)象發(fā)生同時(shí)在刃口下部有磨粒磨損的痕跡和疲勞裂紋產(chǎn)生。說(shuō)明XW-42 的韌性不足，在刃口部分發(fā)生了大量的崩刃現(xiàn)象。而Calmax 的耐磨粒磨損的性能不足有明顯點(diǎn)燃磨粒磨損的痕跡形成，所以高強(qiáng)度鋼板的沖切需要更高韌性和更好耐磨性能的材料。
                
圖3 XW-42 沖頭刃部磨損照片                               圖4 為Vanadis 4 沖切140，000 次后的刃口照片
    從圖4 中可以看出材料的刃口齊整沒(méi)有崩刃現(xiàn)象發(fā)生同時(shí)，沒(méi)有疲勞裂紋形成。
從以上圖片可以發(fā)現(xiàn)Calmax 在刃口部分磨損嚴(yán)重同時(shí)有一定的疲勞裂紋產(chǎn)生，這些裂紋容易擴(kuò)展導(dǎo)致材料崩刃。而XW-42 在開(kāi)始時(shí)便產(chǎn)生了大量的崩刃現(xiàn)象。Vanadis4 刃口工作部分狀態(tài)良好，沒(méi)有崩刃和疲勞裂紋出現(xiàn)。因?yàn)槟壳暗腣anadis 4 是一種粉末冶金鋼（金相組織見(jiàn)圖5），材料內(nèi)部的碳化物顆粒細(xì)小，分布均勻，同時(shí)材料的純凈非常鋼，由于采用粉末冶金新工藝，材料的韌性和耐磨性都得到了大幅提升。

圖5 Vanadis 4 金相照片
    粉末冶金鋼Vanadis 4 與常規(guī)模具鋼相比，有良好的耐磨性、良好的韌性和各向同性，同時(shí)，有良好的抗崩角能力和刃部穩(wěn)定性。傳統(tǒng)冶金鋼的缺點(diǎn)在于鋼錠緩慢的凝固導(dǎo)致有碳化物的明顯帶狀組織和網(wǎng)狀碳化物出現(xiàn)，同時(shí)一次碳化物尺寸很大，高硬度碳化物如VC 等數(shù)量較少，碳化物體積百分?jǐn)?shù)較少等等。而粉末冶金鋼由于小液滴冷卻速度快，保證了粉末化學(xué)成分一致，防止出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物和微觀偏析。由于粉末冶金鋼沒(méi)有宏觀偏析，其熱加工性能非常好，也就是說(shuō)可以加工非常高合金元素含量的粉末冶金鋼，比如V含量約10%的鋼(如：CPM10V)。
    粉末冶金鋼有碳化物呈細(xì)小球狀均勻分布，尺寸一般為2－3μ，而且不論坯料的厚度或化學(xué)成分變化、碳化物類(lèi)型數(shù)量的變化，組織沒(méi)有明顯變化。由于粉末冶金鋼，增加了碳化物的數(shù)量，增加了高硬度碳化物的數(shù)量、碳化物分布均勻，所以耐磨性得到可明顯的提高。對(duì)于傳統(tǒng)冶金鋼，一次碳化物前會(huì)受到巨大的應(yīng)力而粉末冶金鋼碳化物尺寸較小，且為球形，大大降低了應(yīng)力，提高了韌性。
    在高強(qiáng)度鋼板的沖切中，Vanadis 4 的高韌性和良好的耐磨性使其在高強(qiáng)度鋼板的沖切中有良好的性能表現(xiàn)。