1.良好的力学性能

精冲材料的力学性能是指屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率和硬度，这些参数直接影响材料的变形能力。

精冲工艺要求材料具有较低的强度和硬度、较大的屈强比以及良好的塑性。这是因为低的屈服极限值表明材料在较低的压力作用下就开始流动。较大的屈强比说明材料能经受较大的塑性变形，具有产生硬化而不被破坏的能力。较高的延伸率和断面收缩率则表明材料具有较高的变形性能。至于材料硬度对精冲性的影响，一般说来，硬度越低，越利于精冲。然而，即使材料硬度偏高，若碳化物球化率在90％以上，也能得到良好的冲裁面。反之，即使材料硬度偏低，但球化不充分，也会使冲裁面撕裂。因此，硬度是判断是否适合精冲的宏观指标，而金相组织，即碳化物的均匀性和球化程度，则是判断是否适合精冲的微观指标。

2.理想的金相组织结构

在一般钢材中，全部或大部分渗碳体都存在于珠光体内。钢中珠光体的形态主要表现为带状和球状，如图3-15所示。

在带状（或片状）珠光体中铁素体与渗碳体相间分布，可以看做软韧的铁素体基体上分布着硬脆的渗碳体片，如图3-15A所示。而球状珠光体中，渗碳体则呈球状分布在铁素体的基体上，如图3-15B所示。图中黑色为渗碳体，白色为铁素体。

渗碳体呈球状分布的金相组织是精冲的理想组织结构。图3-16所示为不同金相组织对冲裁面质量的影响。图3-16A所示为片状珠光体组织，精冲时处在分离面上脆而硬的片状渗碳体被模具刃口切断时，很容易在该处产生微裂纹扩展而引起撕裂，并加速模具刃口的磨损。图3-16B所示为球状渗碳体结构，精冲时脆而硬的球状渗碳体被模具刃口挤入软的铁素体基体内，避免了切断碳化物引起的微裂纹和撕裂，从而获得完整光洁的冲裁面。此外，还改善了模具刃口的工作条件，有利于提高模具寿命。

图3-15 珠光体组织的形态

A）带状珠光体 B）球状珠光体

图3-16 珠光体组织对冲裁面的影响

A）片状珠光体 B）球状珠光体

低碳钢的组织是以软的铁素体为基体与少量的珠光体组成。随着含碳量的增加，珠光体组织量也增加，当钢中含碳量达到0.77％时，全部为珠光体组织，含碳量大于0.77％的高碳钢，则为珠光体和渗碳体组织，而且渗碳体分布在珠光体晶粒的周围，往往以网状存在，钢的含碳量越高，渗碳体越多。铁素体具有很好的塑性，而渗碳体则硬而脆，它们的性能见表3-1。

表3-1 钢组织的力学性能

锻造、轧制和热处理可以改变碳化物的形状、大小和分布。随着碳化物量的增加，材料的塑性将显著降低。从同一含碳量的材料来看，随着碳化物的球化，可提高塑性，故能够改善精冲冲裁面的质量。

国外有研究者曾经对42CRMO4高强度合金结构钢的不同热处理状态分别做精冲试验，试样分三种类型：第一种，热轧酸洗带钢；第二种，退火热轧带钢；第三种，球化退火冷轧带钢。试样化学成分和主要力学性能参数见表3-2和表3-3。

表3-2 42CRMO4试样的化学成分

表3-3 42CRMO4试样的主要力学性能

对未处理的热轧带钢进行精冲将导致整个剪切面出现撕裂，如图3-17所示。图3-17A所示为剪切面质量，图3-17B所示为热轧带钢的微观组织。对球化率仅达50％的退火热轧带钢进行精冲，仅在外突的圆角半径处发生撕裂，如图3-18所示。如果球化率达到95％～100％，使组织成为中等碳化物晶粒尺寸，且在铁素体中均匀分布（见图3-19B），精冲后剪切面完全光洁，无撕裂产生，如图3-19A所示。

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图3-17 42CRMO4试样剪切面质量及其微观组织（热轧状态）

A）试样剪切面上的深裂纹 B）热轧带钢组织：贝氏体＋索氏体＋马氏体

图3-18 42CRMO4试样剪切面质量及其微观组织（退火热轧状态）

A）试样剪切面上的零星裂纹 B）热轧带钢组织：铁素体＋贝氏体＋索氏体

图3-19 42CRMO4试样剪切面质量及其微观组织（球化退火冷轧状态）

A）试样剪切面无撕裂与断裂 B）热轧带钢组织：铁素体＋98％球化率

为此，对于形状复杂的中厚板精冲件，应尽量选用含碳量低的材料。如果在设计上必须使用中高碳钢和合金钢板时，应采取球化退火热处理，使碳化物充分而均匀地球化。

使用中、高碳钢和合金钢板精冲形状复杂的中厚板零件时，如果对冲裁面质量要求非常高，那么碳化物的球化率应达到95％～100％，且越高越好。

3.适宜的化学成分

一般来说，含碳量低的（≤0.1％）比含碳量高的（＞0.35％）材料易于精冲。碳和合金成分的增加都将降低精冲性能。而非金属夹杂物的含量也给材料的精冲性能带来很大影响，原因如下。

1）为了固溶强化，以提高钢的强度或硬度为目的加入的合金元素，都降低了塑性。

2）可以形成往往以金属化合物存在的新相，这些化合物一般具有复杂晶体结构，熔点高，硬而脆，降低了塑性。

3）与钢中的氧、氮、硫等形成简单的或复合的非金属夹杂，如AL₂O₃、FEO·AL₂O₃、ALN、SIO₂·MXOY、TIO₂、TIN、ZRN、MNS等。它们有的细而小，难熔且有高硬度的脆性夹杂，在热加工方向上为不变形的带棱角的颗粒（如AL₂O₃、TIN、ZRN等），在精冲时成为断裂的隐患。有的是塑性很低的硅酸盐、硫化物，在热轧时沿变形方向延伸而形成钢材的各向异性，而各向异性对精冲非常不利。

4.良好的表面状态

精冲材料表面应平整、光滑、无氧化物。冷轧带钢（或钢板）以及热轧酸洗带钢（或钢板）均适合于精冲。热轧材料表面有一层氧化皮，如不进行清除，在精冲时将被模具刃口带入零件剪切面上，会加速模具磨损，增大冲裁力，降低零件表面质量。图3-20所示为不同材料表面状态的精冲件表面质量。

图3-20 不同材料表面状态的精冲件表面质量对比（C45，6MM，相同工况）

A）热轧状态 B）冷轧状态

5.严格的厚度公差

汽车精冲件对厚度公差的要求往往较高，而国家标准对钢板和钢带厚度允许偏差的规定值又比较大，进而产生很大的矛盾。为了能使用国产材料精冲，精冲企业需要对材料进行“二次加工”，即使用轧机对从钢厂购进的材料，在冷态下进行精轧，使厚度公差满足精冲产品图要求。当然，对于冷轧带钢而言，出厂时的厚度偏差能基本满足汽车精冲件厚度公差要求。