概括：

模具是工业生产的基础工艺装备，振兴和发展我国模具工业日益紧迫，传统的冷冲压成形工艺已不能满足技术和生产发展的需要，因此各国纷纷开发新的热冲压成形工艺。热冲压生产对模具材料提出了新的要求，而这在以往国内模具钢技术发展中较少受到关注。本文对比了国内外热冲压模具用高强韧热冲压模具钢H13、QRO90、Dievar、Hotvar、CR7V、HTCS-130的合金成分特点和主要力学性能。根据热冲压模具的使用条件，利用Jmat-pro软件模拟了常用热冲压模具钢的碳化物类型及百分比。基于合金化思想，设计了两种专用于热冲压模具的新型合金钢SDCM1和SDCM2。热导率是热冲压模具钢的关键物理性能，关系到能否通过快速冷却和冲压节拍获得高强度的冲压件，从而节约能源、提高生产效率。Jmat-pro软件模拟结果表明，SDCM1钢的合金化方案达到了提高热导率的目的。同时通过对热冲压模具钢SDCM1和SDCM2的各项性能（CCT曲线、热稳定性、高温抗压性能、热疲劳性能、高温摩擦磨损性能、切削性能、钻孔性能、焊接性能和热导率等）进行大量的实验研究，并与热冲压模具材料QRO90及国内外其他常用模具钢进行综合性能对比后，获得了成分和性能最优的热冲压模具钢SDCM。

对SDCM钢的热导率进行研究和比较，以适应当前热冲压成形材料性能不断提高的发展趋势。本文通过X射线衍射实验定量计算了材料中基体的碳含量和位错密度，并通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）定性比较了材料微观组织的变化，揭示了SDCM钢微观组织对宏观热物理性能和热稳定性的影响。利用DEFORM#174;软件建立了汽车B柱零件热冲压成形及模内淬火过程的数值模拟模型。通过数值模拟可以了解整个过程的规律，分析其温度场和组织的变化，准确控制热冲压件的质量，提高热冲压模具材料的性能。主要结论如下：1.通过将设计的SDCM1和SDCM2钢与进口热冲压模具钢QRO90、HOTVAR、CR7V性能对比发现，SDCM1和SDCM2钢的最佳热处理工艺分别为1020℃淬火+600℃回火和1020℃淬火+550℃回火，具有与进口热冲压模具钢相当的优良回火稳定性；调质状态下元素分布均匀，620℃下热稳定性与进口模具钢相当，600℃下热稳定性优于QRO90和CR7V钢； SDCM1、SDCM2钢的高温抗压强度略高于QRO90钢，可以替代QRO90、CR7V等进口热冲压模具钢。

基于XRD结果定量计算了钢基体的碳含量和位错密度，研究发现，SDCM1钢在600℃和650℃保温时，随着保温时间的增加，位错密度和硬度均降低。2.对SDCM1和SDCM2钢进行了大量的热导率实验，发现在相同的热处理工艺条件下，SDCM1的热导率高于SDCM2，热冲压成形模具需要考虑高热导率这一关键物理性能，Jmat-pro软件模拟结果也表明SDCM1钢的合金化方案达到了提高热导率的目的，因此选择热导率高的SDCM1成分作为热冲压模具钢SDCM的成分是合理的。3.通过研究不同热处理工艺对SDCM钢热导率的影响，结果表明，深冷处理对SDCM钢的热导率没有影响；在测试的温度范围内，贝氏体等温处理明显提高了SDCM钢的热导率，比淬火回火后的600℃试样高了3.8W/m·K。热容量与温度之间存在明显的依赖关系，通过对所有样品的热容量进行分析和拟合，得到了一个经验公式。室温下经过各种热处理后的SDCM样品的热扩散系数介于6~10 mm2/s之间，远小于纯铁的室温热扩散系数（22.7 mm2/s）。随着温度的升高，各样品热扩散系数差异越来越小，室温下相差3.43 mm2/s，973 K时最大相差0.38 mm2/s。所有热扩散系数-温度曲线趋势相似，曲线均呈二次函数特征。

通过函数拟合得到了各试样温度与热扩散系数之间的经验公式，由热容量与热扩散系数经验公式计算得到SDCM钢热导率与温度关系的经验公式。4.基于XRD结果定量计算了SDCM钢不同热处理状态下基体的碳含量与位错密度。结果表明：SDCM材料BQT、Q、QT200、QT400、QT500、QT600试样的位错密度分别为4.52×1015m-2、32.2×1015m-2、6.60×1015m-2、5.55×1015m-2、5.21×1015m-2、2.17×1015m-2。基体碳含量分别为0.0043wt%、0.461wt%、0.438wt%、0.217wt%、0.185wt%、0.057wt%。分析表明，等温淬火回火后贝氏体虽然位错密度高于同温度回火的马氏体，但其基体碳含量较低，有利于提高热导率；同温度淬火后，随回火温度的升高，马氏体基体碳含量降低，位错密度降低，均有助于热导率的提高。基体碳含量与热导率之间呈近似线性关系。5.建立了汽车B柱件热冲压及模内淬火过程数值模拟模型，研究了模具热导率对成型件冷却行为、组织演变及模具温度的影响。通过热冲压数值模拟可得出，在热冲压保压及淬火过程中，模具材料的导热系数对热冲压件的冷却行为起着重要作用；当模具材料为H13钢时，汽车B柱至少需要11秒的保压时间才能使其关键部位的温度降至M f 点以下，而采用SDCM模具材料仅需8.5秒左右即可使汽车B柱关键部位的组织完全转变为马氏体，有效加快了热冲压生产周期，提高了生产效率；在保压及淬火冷却阶段，当模具材料为H13钢时，模具各部位温差较大，温度分布不均匀；采用SDCM模具材料后，模具温度的均匀性大大提高，有利于延长模具的使用寿命。

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