在冲压先进高强度钢模具时磨损对基质材
料和硬质涂层的影响
摘要：本研究旨在探讨不同的涂层的磨损性能（两个不同的PVD，CVD，和TD涂层）应用到基板材料品种（DC 53，SKD 11，3，51对DRM，DRM）钢板材。非往复数控系统的测试仪，采用滑块式磨损试验。在研究涂料的影响，发现TD涂层样品表现略好于其他样品。另一方面研究基板材料的影响，表明TD涂DRM 3和DRM 51模具样品达到特定的最低磨损率。
关键词：硬涂层 冲压模具 AHSS表 磨损试验
1引言
汽车轻量化是运输业因消耗化石燃料的压力增加的挑战之一，燃油经济性法规和环境问题。汽车轻量化的需要而不影响乘客安全和具有成本效益的方式解决。在选择先进的高强度钢（AHSS）被认为是在短期内实现轻量化车身结构突出的首选材料。与传统的冲压模具材料及表面涂层，但经常破坏钢；模具表面光洁度和不希望的结果。一些调查包括开发替代的基板材料和表面涂层技术在文献中解决过度磨损问题[ 1–4 ]。
与模具的磨损是非常重要的一个问题，在金属板材成形行业由于接触应力水平的增加，在成形模具/片除了在冲压件回弹问题[ 5 ]升高空白的界面。磨损和回弹问题导致意外的生产中断、质量问题、返工和经济损失。冲压先进高强度钢（AHSS）被认为是这些主要问题，“擦伤”是用来描述这种过度的磨损形式，这是组合的粘合剂和磨料的行动。第一个导致提取原料（通常是从表面）而从冷焊接颗粒[ 6 ]后者的结果。
为了控制或减少磨损，改进的基板材料（化学成分，颗粒分布均匀，颗粒细小，硬度，韧性等等），硬质涂层（PVD，CVD，应用TD，和其他人）以及使用适当的润滑剂（液体，固体，等）等对策措施已投入的使用。这些替代品及其组合在一个全面的列表，需要进行数以百计的结果，如果不是数以千计，试验揭示了一个适当的组合模具材料，对于一个给定的冲压操作涂料及润滑油。由于测试这么多选择在实际生产周期是费时和昂贵的模拟试验，优选以获得更快的和有代表性的结果。这种模拟试验带提拉，结合拉延筋带拉拔，U型弯曲、拉深被称为比传统的摩擦和磨损测试更准确。这些测试系统进行了分类，从以往的研究[ 7,8 ]几个方面对金属板料冲压成形条件、非往复试验系统的优势，重复接触测试系统准确复制要求在文献[ 9–11 ] 报道。模仿在一个冲压像磨损试验机最重要的参
数是（a）新鲜的板材表面–模具样品的相互作用，（B）正确的滑动速度，和（c）适当的接触压力水平。
图1（a）说明了在一个典型的圆筒形零件拉深工艺的六种不同的接触和摩擦磨损区，在这些区域中的变形模式在图1（b）。另一方面带编号的1和2，空白和压力板空白接触下模可用。这个特别的区域也被称作为空白持有人或法兰区域。除了压边力防止毛坯起皱，径向压缩力的作用在这一地区的空白。相对较低的应变水平，在本区域和接触应力水平预计将在1–10 MPa。在边带的磨损是因为磨损和磨粒。高应变水平都是强度较高的区域3的板材。接触应力在这个区域，估计在100 MPa左右。类似的磨损类型在本区与区1和2；磨损水平升高与严重都是因为粘合剂和磨料相互作用形成的，称为擦伤。薄板拉伸冲压翼片空白区域4的接触是可用的。作为变形的进展，该片还没有冲头拉伸侧–板坯的相互作用。冲头半径板材接触发生在5区，和3区磨损特性相似。凸模底部–板材接触发生在6区的拉拔力作用下。边缘区域有相对小的滑动速度（0 ~0.01米/秒），而在拉伸区有较高的滑动速度（1米/秒）。
基于这些众所周知的事实和工业的经验，实验设置重复的接触压力，滑动速度和新鲜的表面相互作用的情况下在一个典型的金属板材成形过程在作者[ 14 ]中介绍。一系列试验后，它被认为是开发测试系统能够提供所有的接触应力和滑动的水平，在一个典型的深冲用很快的速度经行操作。另一方面在粘合剂和磨料磨损条件下，几乎可以在任何区域进行成功地模拟。该测试系统被证明能提供可靠的评价磨损性能在选择模具基体和涂层材料[14–16]的时候。
图一（a）在典型的拉深过程的接触和摩擦区 图一（b）变形特点形成的空白（[12,13]）
本文的研究，特别是集中在四个不同的涂层，磨损试验（热扩散，物理气相沉积，等离子渗氮t物理气相沉积，化学气相沉积）在四个不同的基板（DC53，SKD11，drm3，DRM 11）对钢板材等级Docol DP 1000提供的SSAB（瑞典钢铁公司，瑞典）。不同于以往的作者进行研究，对其模具样品的几何形状，侧面圆柱形状进行磨损试验。下一节介绍了使用和测试规范的实验装置，它是由测试结果和讨论部分组成，综合评价得出可靠的结论。
1.1命名
E 弹性模量（GPa） G 剪切模量（GPa） OQ 淬火油 GQ 气淬
FN 施加的正常负载（N） S 滑动距离（米） V 体积磨损量（mm3 ） U 泊松比
?UTS 极限抗拉强度（MPa） K k比磨损率（mm3 / nm）
2实验装置和测试计划
数控型磨损试验装置见图2（a）。由实验人员持有模具试样对AHSS板材表面压拉的平均接触正常负载500 N的正常和剪切力的同时，让奇石超薄型传感器9134b21在测试期间测量数据，9144b21（Kistler Instrument Corp., Amherst, NY, USA），通过PC机使用LabVIEW软件采集系统数据并记录（ National Instruments, Austin, TX, USA）。圆柱形（直径?10mm，长：20mm）如图2（b）在本次试验中使用的样品。模具样品沿板材2公里为指定下的正常负荷，一片空白是完全非重复接触扫描进行了磨损试验。当一个典型的冲压操作，采用的测试长度相当于100000个冲压件（假设平均冲压深度20mm）。在实际冲压应用中，这批冲压也充分评估模具材料的磨损性能。在1?330?330mm尺寸的金属板坯件进行测试，通过每次滑动相对新鲜表面只有一个方向（图2（b））。这些钢被称为高权重，有利于提高安全性，有效载荷和载荷能力增加，回收利用降低总成本等[ 17–20 ]。Docol 1000 DP冷轧双相钢（SSAB tunnpla?T，Borla¨NGE，瑞