材料热处理加工毕业设计论文#国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析.doc

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1、材料热处理加工毕业设计论文#国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析 XXXX大学毕 业 设 计 说 明 书学生姓名 学 号 学 院 专 业 题 目 国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析 ABOARD NEW TYPES OF HOT -MOLD STEEL AND ITS HEAT TREATMENT TECHNOLOGY METHOD 指导教师 职称 职称 20年月日毕业论文设计任务书题目名称 国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析学生姓名所学专业班级指导教师姓名所学专业职称完成期限 2007年12月12日 至 2021年6月15日一论文设计主要内容及主要技术指标 1主要内容在科学技术飞速开展的

2、当代社会一些传统的工业制造技术已经不再能够满足社会的需要从而就出现了时下很受欢送的模具行业 目前电子汽车电机电器仪器仪表家电通讯和军工等产品中6080的零部件都要依靠模具成型用模具成型的制件所表现出来的高精度高复杂性高一致性高生产率和低消耗是其他加工制造方法所无法比较的模具在很大程度上决定着产品的质量效益和开发能力众所周知模具行业中压铸模的比例将不断提高也就是说热作模具在模具行业中占的比例越来越大那么热作模具钢也变得越来越受人们的关注所以在这我们有必要对热作模具钢进行深入的研究和探讨2主要技术指标1 分析比照国内和国外热作模具钢及其热处理性能特点2 着重研究和探讨国外热作模具钢及其热处理工艺必

3、要时可列举一到两例进行有针对性的研究3 综合分析一下我国模具业以及热作模具钢的开展前景二毕业论文设计的根本要求1毕业设计论文一份有300字左右的中英文摘要正文后有15篇左右的参考文献正文中要引用5篇以上文献并注明文献出处论文总字数在6000字以上2有不少于3000汉字的与本课题有关的外文翻译资料3毕业设计总字数在10000字以上4中期检查一份5成绩表一份三毕业论文设计进度安排12021年12月12日-12月16日下达毕业设计任务书寒假期间完成英文资料翻译和开题报告2 2021年2月15-2月27日第1-2周指导教师审核开题报告和设计方案3 2021年2月28日-4月24日第3-10周毕业设计单

4、元局部设计4 2021年4月25-5月1日第11周毕业设计中期检查5 2021年5月2-5月22日第12-14周设计仿真程序调试线路板制作调试整理撰写毕业设计报告6 2021年5月23-6月5日第15-16周上交毕业设计报告指导教师评阅教师审查评阅设计报告毕业设计辩论资格审查毕业设计辩论学生修改整理设计报告河南科技学院本科毕业论文设计中期进展情况检查表学生姓名班级指导教师论文设计题目国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析目前已完成任务外文资料翻译毕业论文所需资料的全面汇总毕业论文初稿的撰写是否符合任务书要求进度符合尚需完成的任务毕业论文初稿前后内容的连贯和衔接论文表达更深层次的分析与研究毕业论文

5、相关表格的绘制与选择能否按期完成论文设计能存在问题和解决方法存在问题由于水平和条件有限对论文更深层次的分析与探讨还有一定的困难拟采取的办法到图书馆查阅更多与论文内容相关的资料与文献向指导教师咨询与请教指导教师签 字日期 年 月 日教学院长系主任意 见 签字 年 月 日毕业论文设计开题报告题目名称 国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析学生姓名专业班级一选题的目的意义在科学技术飞速开展的当代社会一些传统的工业制造技术已经不再能够满足社会的需要从而就出现了时下很受欢送的模具行业 目前电子汽车电机电器仪器仪表家电通讯和军工等产品中6080的零部件都要依靠模具成型用模具成型的制件所表现出来的高精度高复杂

6、性高一致性高生产率和低消耗是其他加工制造方法所无法比较的模具在很大程度上决定着产品的质量效益和开发能力也就是说热作模具在模具行业中占的比例越来越大那么热作模具钢也变得越来越受人们的关注所以在这我们有必要对热作模具钢进行深入的研究和探讨二国内外研究现状1 国内热作模具钢 从20世纪50年代我国引进模具材料到试验研究生产实践再引进再研究再生产的过程正是我国模具开展的一个缩影 1956年我国从前苏联引进50CrNiMo模具材料1958年苏联停止供给模具材料后自己先后开始研制双金属5Cr2MnMo45Mn2电渣堆焊模块4Cr2MoVNi30CrMnSi电渣重熔模块但分别由于心部裂纹外表裂纹严重而停止生

7、产 20世纪80年代末我过汽车业改用整体4Cr2MoVNi B2 锻钢模具广泛应用在锤锻模和大型机锻模此前后又研究出适用于中小机锻模的模具材料近年研制的钢种有5Cr2NiMoVSi45Cr2NiMoVSi55NiCrMoVER83Cr2MoWVNi 2 国外热作模具钢 如今 国外仍以5CrNiMo钢为主为进一步提高锻模寿命开发了韧性较高耐热性更好的钢种如前苏联已使用多年的30X3HM4X3BM美国的H10H11H13等 近年来日本大同特殊钢厂还开发了一类保存5以上剩余奥氏体的热作模具钢这类钢采用淬火后从550缓冷至150或者在Ms点附近保温的方法使奥氏体稳定化从而使钢的韧性与持久强度比H10H

8、13提高1倍以上波兰近年来也研究出WNWl钢其成分为28Cr-15W-28Mo及少量的NiN等元素该钢合金元素含量低可生产较大的锭子和锻件国外热锻模正向大型化和复杂化开展模具材料的开发重点是提高材料的抗热疲劳性和减少热处理变形瑞典Uddeh01m公司改良工艺采用精炼技术加上高温扩散退火工艺开发了一种8407新钢种使钢材的异向性获得显著改善三主要研究内容1分析热作模具的工作条件并得出热作模具钢的性能要求的结论2 分析比照国内和国外热作模具钢及其热处理性能特点3 着重研究和探讨国外热作模具钢及其热处理工艺必要时举例进行研究4 综合分析一下我国模具业以及热作模具钢的开展前景四毕业论文设计的研究方法或

9、技术路线1文献综述法通过查阅有关传统的热作模具钢的一些相关资料得出传统热作模具钢所存在的缺乏之处2理论分析法借助国内和国外热作模具钢的一些力学及使用性能的不同对国外新型热作模具钢及热处理展开分析和探讨3数值模拟法比照法 通过钢中所含元素的多少以及热处理中一些温度的比照找出更为合理的参数为实际应用中的合理选择提供理论根底五主要参考文献与资料1 潘应君吴新杰张细菊等13模具钢离子渗氮层的组织与性能金属热处理200328 5 3922楼芬丽张开章建华等13钢的外表处理技术金属热处理200227 6 2833王智祥张建新影响铝挤压模具寿命的因素分析模具工业2003 2 4944彭文屹吴晓春等13钢铝合

10、金压铸模的离子氮化外表技术200231 3 1455邓汝荣郭海涛铝型材挤压模的气体软氮化工艺铝加工199821 2 2866王桂堂刘湘杰13模具钢低温盐浴碳氮钒共渗工艺模具工业1998211 9 4477卢金生陈秀玉顾敏模具钢离子 共渗研究金属热处理199419 2 1688陈国禧劳丽娟 共渗工艺在451钢热挤压模上的应用金属热处理199318 8 5099张照军张鬲君铝型材热挤压模窄缝硫碳氮共渗金属热处理200227 4 37110陈纯馨傅强稀土对13钢在盐浴氮化中的影响新技工艺1999 3 32111胡正前张文华稀土对复合外表处理13钢耐磨性和高温抗氧化性的影响中国稀土学报199917 3

11、 280112胡正前张文华马晋13模具钢外表处理和热疲劳 热熔损性能特殊钢199718 5 24113刘志兰王耀宇李升等451钢热作模具离子碳氮氧硫硼五元共渗工艺金属热处理199722 8 35114揭晓华董小红黄拿灿等13钢碳氮氧硫硼五元共渗层的性能研究金属热处理200227 7 21115 韦绿梅13 热作模具钢激光淬火处理组织和性能研究机械工程材料199620 4 31116陈浩潘春旭潘邻等激光熔覆耐磨涂层的研究进展金属热理200227 9 5117朱蓓蒂彭英姿陶曾毅等13模具钢外表激光熔覆钴基合金的钢199415 5 38118邹建新吴爱民刘振民等13钢电弧沉积铝膜及强流脉冲电子束后处

12、理的复合性研究真空科学与技术200323 2 911指导教师审批意见2021年 1 月 10日 国外新型热作模具钢及其热处理工艺分析摘 要 主要表达了H13QRO80MQRO90 SUPREME 等新型热作模具钢的性能使用特点及其热处理工艺技术方法H13 钢是应用广泛的第二代中温 600 热作模具钢 在这里不仅描述了H13 钢的化学成分及其对钢的组织结构和性能的影响还介绍了常规热处理中的退火淬火和回火工艺在此根底上又介绍了热处理新工艺中的高温淬火双重淬火控制冷却速度淬火和深冷处理最后又充分地展开了有关H13 钢的外表热处理有关内容与第2 代热作模具钢相比QRO80MQRO90 SUPREME

13、钢具有更细的显微组织 更高的回火稳定性 更好的热强性 更高的高温强度和相同的常温力学性能并且具有很好的韧性热疲劳性通用性特别适用于制作既要耐高温又需高韧性高热疲劳性的热挤压模热冲模热锻模压铸模尤其适合于粉末压制锻模关键词 热作模具钢热处理模具技术ABOARD NEW TYPES OF HOT -MOLD STEEL AND ITS HEAT TREATMENT TECHNOLOGY METHODAbstractThis paper mainly introduces the property character and heat treatment technology method of H

14、13 QRO 80M QRO 90 SUPREME which are new types of hot - mold steel In the middle - temperature H13 steel is very useful for many purposes toughening and principles of physical metallurgy to the analyses in some detail of the chemical compositions of H13 hot work tool steel and the effects of the ones

15、 upon the micro structures and properties Campared with high - quality H13 steel QRO 80M and QRO 90 SUPREME steel have many advantages finer microstructure higher tempering stability more excellent hot - strength and hot -hardness higher high - temperature strength and the same normal - temperature

16、mechanical propertiesKey words hot - mold steel heat treatment die technology目 录0 引言11 H13优质热作模具钢111 H13钢的化学成分的分析312 H13钢的常规热处理工艺4com 退火工艺4com 淬火工艺4com艺413 H13钢的热处理新工艺5com火5com火5com却速度淬火5com理514 钢的外表热处理5com温化学热处理6com 高能束流外表热处理82 UHB QRO 80M和QRO 90 SUPREME热作模具钢921 UHB QRO 80M QRO 90 SUPREME钢是第3代性能更加优

17、异的热作模具钢922 UItB QRO 90 SUPREME钢的热处理工艺9致谢参考文献引言模具是机械冶金电子轻工国防等工业部门的重要工艺装备 是保证高效率生产高产品质量和降低生产本钱的重要手段随着工业技术的迅速开展 各部门都广泛地采用新的高精度高效率的模具成型工艺代替传统的切削加工工艺目前 机械工业约70的零件采用模具成型工程机械中履带式推土机的链轨节挖沟机的铲刀液压缸中的活塞液压泵芯轴承环螺母为某些出口挖掘机配套的斗齿等都是模具成型件不少行业中 模具费用已占产品本钱1530国外模具工业开展十分迅速美国模具工业产值从1974 年的3368 亿美元开展到1980 年的5726 亿美元 平均年增

18、长率为93 日本从1957年到1981 年模具总产值增长了66 倍 每年以大约20的速度递增1985 年全世界模具工业产值约为5 万亿日元1990 年我国合金工钢产量为792 万t各国都将模具用钢归入合金工具钢中 一般合金工具钢中模具用钢约占7080模具钢是用于制造冷作模具和热作模具的材料热作模具钢是制造热作模具 热锻模热顶锻模热挤压模和压铸模等 的金属材料由于热作模具工况条件非常恶劣 是在非常苛刻的条件下工作 如承受各种应力及金属熔液对模具工作外表的溶蚀 在工作中反复受到炽热金属的加热和冷却介质 水油空气 冷却的热循环交替作用当炽热的金属放入热作模具型腔时 型腔外表急剧升温 表层产生压应力和

19、压应变 当金属件取出时 型腔外表由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用 极易产生热疲劳等 因此要求模具材料具有高的热强度高温硬度冲击韧性淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等总之 要求热作模具具有良好的综合力学性能 一般采用合金钢制造据保守估计 2005 年国内模具钢消费量至少50 万t 其中热作模具钢占13热作模具是在高温下加压强迫金属在型腔中流动成型的工具为适应热作模具恶劣的工作环境提高使用寿命要求热作模具钢应具有高的热强度良好的耐回火性高的韧性和塑性小的热膨胀系数和好的导热性等优异的力学性能和使用性能第一代热作模具钢主要是5CrNiMo5CrMnMo和3Cr2W8V 钢 化学成分见表1 从

20、20 世纪30 年代初开始至今一直得到广泛的应用第二代热作模具钢以美国的AISIH10H11H12H13 钢系列为代表 其化学成分见表2 尤其以H13 钢最受欢送第三代热作模具钢是典UDDEHOLM 公司研制的UHB QRO 80M 和QRO 90 SUPREME 钢系列而H13 QRO 80MQRO 90 SUPREME 钢被称为20 世纪90 年代新型优质热作模具钢 直到21 世纪初都是热作模具钢的主选钢种 已在美国日本德国瑞典等兴旺国家得到广泛应用第1代热作模具钢主要包括5CrNiMo5CrMnMo和3Cr2w8v钢自20世纪30年代初在工业中应用后至今仍广为应用已经积累了丰富的冶炼锻造

21、机械加工和热处理工艺经验第2代热作模具钢那么以美国的AISI H10H11H12H13钢系列为代表尤其以H13钢最受欢送第3代热作模具钢是瑞典UDDEHoLM 公司研制的UHB QRo 80M 和QRo 90SUPREME 钢系列0而H13QRO 80MQRo 9SUPREME钢被称作2世纪90年代新型优质热作模具钢乃至21世纪初都将成为热作模具的主选钢种已在美国日本国瑞典等兴旺国家得到广泛应用1 H13优质热作模具钢H13钢由于化学成分的优化含有大量CrMoV等合金元素根本上能满足热作模具所要求的使用性能是第2代性能优异的中温 600 热作模具钢H13钢与高韧性热作模具钢5CrNiMo5Cr

22、MnMo相比具有更高的热强性耐热性和淬透性因而可取代热强性缺乏的5CrNiMo5CrMnMo钢来制造热锻模以提高使用寿命与高热强性热作模具钢3Cr2W8V 相比具有高的韧性和抗热振性因此可以成功地取代因韧性或疲劳性缺乏引起失效的3Cr2w8V钢来制造热挤压模热冲模和压铸模1 H13 钢的化学成分的分析H13 钢是C- Cr-Mo- Si- V 型钢 在世界上的应用极其普遍同时各国许多学者对它进行了广泛的研究并在探究化学成分的改良钢的应用广泛和具有优良的特性主要由钢的化学成分决定的下面对H13 钢的成分加以分析 1 碳 美国AISI H13 UNS T20813 ASTM 的H13 和FED -

23、 T- 570 的H13 钢的含碳量都规定为032-045 在所有H13 钢中含碳量范围最宽德国X40CrMoV5 - 1 和12344 的含碳量为037-043 含碳量范围较窄 德国DIN17350 中还有X38CrMoV5- 1 的含碳量为036-042日本SKD61 的含碳032-042我国GBT 1299 和YBT 094 中4Cr5MoSiV1 和SM 4Cr5MoSiV1 的含碳量为032-042和032-045 分别与SKD61 和AISI H13 相同钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度 按钢中含碳量与淬火钢硬度的关系曲线可以知道H13 钢的淬火硬度在55HRC 左右对工具钢而言 钢

24、中的碳一局部进入钢的基体中引起固溶强化另外一局部碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物对热作模具钢这种合金碳化物除少量残留的以外 还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能由此可见 钢中的含C 量不能太低含5Cr 的H13 钢应具有高的韧度 故其含C 量应保持在形成少量合金C 化物的水平上Woodyatt和Krauss9指出在870的Fe- Cr- C 三元相图上H13钢的位置在奥氏体A 和 AM3CM7C3 三相区的交界位置处较好相应的含C 量约04 见图1 图上还标出增加C 或Cr 量使M

25、7C3 量增多 具有更高耐磨性能的A2 和D2 钢以作比较另外重要的是保持相对较低的含C 量是使钢的Ms 点取于相对较高的温度水平 H13 钢的Ms 一般资料介绍为340左右 使该钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量剩余A 和残留均匀分布的合金C 化物组织 并经回火后获得均匀的回火马氏体组织防止使过多剩余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形这些少量剩余奥氏体在淬火以后的两次或三次回火过程中应予以转变完全顺便指出 H13 钢淬火后得到的马氏体组织为板条M少量片状M少量剩余A经回火后在板条状M上析出的很细的合金碳化物的照片可见图2 国内学者也作了一定工作H13 钢是使用最广泛和最具

26、代表性的热作模具钢种它的主要特性是 具有高的淬透性和高的韧性 优良的抗热裂能力 在工作场合可予以水冷 具有中等耐磨损能力 还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其外表硬度 但要略为降低抗热裂能力 因其含碳量较低 回火中二次硬化能力较差 在较高温度下具有抗软化能力 但使用温度高于540 1000 时硬度出现迅速下降 即最高工作温度为540 热处理的变形小 中等和高的切削加工性 中等抗脱碳能力更为令人注意的是 它还可用于制造航空工业上的重要构件众所周知 钢中增加碳含量将提高钢的强度 对热作模具钢而言 会使高温强度热态硬度和耐磨损性提高 但会导致其韧度的降低学者在工具钢产品手册文献11中将各类H型钢的性能比

27、较很明显证明了这个观点通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为04为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原那么 在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量有资料已提出在钢抗拉图1 Fe- Cr- C 系870水平截面局部相图 图2 H13 钢淬火回火的TEM组织绍为15031MPa 46HRC时 和19375MPa 51HRC时 2 铬 铬是合金工具钢中最普遍含有的和价廉的合金元素在美国H 型热作模具钢中含Cr 量在212范围在我国合金工具钢 GBT1299 的37 个钢号中除8CrSi 和9Mn2V 外都含有Cr铬对钢的耐磨损性高温强度热态硬度韧度和淬透性都有有利的影响同时它溶入基体中会显著改善

28、钢的耐蚀性能 在H13钢中含Cr 和Si 会使氧化膜致密来提高钢的抗氧化性再那么以Cr 对03C- 1Mn 钢回火性能的作用来分析 参加小于6 Cr 对提高钢回火抗力是有利的 但未能构成二次硬化 当含Cr 大于6的钢淬火后在550回火会出现二次硬化效应人们对热作钢模具钢一般选5Cr 的参加量工具钢中的铬一局部溶入钢中起固溶强化作用另一局部与碳结合 按含铬量上下以 FeCr 3C FeCr 7C3 和M23C6 形式存在 从而来影响钢的性能另外还要考虑合金元素的交互作用影响 如当钢中含铬钼和钒时 Cr 314时 Cr 能阻止V4C3 的生成和推迟Mo2C 的共格析出 V4C3 和Mo2C 是提高

29、钢材的高温强度和抗回火性的强化相 这种交互作用提高该钢耐热变形性能图3 钢中常用合金元素的淬透性因子Cr 对钢共析点的影响 它和Mn 大致相似 在约5的含铬量时 共析点的含C 量降到05左右另外Si、W、Mo、V、Ti 的参加更显著降低共析点含C 量由此可以知道 热作模具钢和高速钢一样属于过共析钢共析含C 量的降低 将增加奥氏体化后组织中和最后组织中的合金碳化物含量钢中合金C化物的行为与其自身的稳定性有关实际上 合金C化物的结构稳定性与相应C化物形成元素的d电子壳层和S电子壳层的电子欠缺程度相关随着电子欠缺程度下降 金属原子半径随之减小碳和金属元素的原子半径比rc rm增加 合金C化物由间隙相

30、向间隙化合物变化 C化物的稳定性减弱 其相应熔化温度和在A中溶解温度降低 其生成自由能的绝对值减小 相应的硬度值下降具有面心立方点阵的VC碳化物 稳定性高 约在900-950温度开始溶解 在1100以上开始大量溶解 溶解终结温度为1413 它在500-700回火过程中析出 不易聚集长大 能作为钢中强化相中等碳化物形成元素WMo形成的M2C和MC 碳化物具有密排和简单六方点阵 它们的稳定性较差些 亦具较高的硬度熔点和溶解温度 仍可作为在500-650范围使用钢的强化相M23C6 如Cr23C6等 具有复杂立方点阵 稳定性更差 结合强度较弱 熔点和溶解温度较低 在1090溶入A中 只有在少数耐热钢

31、中经综合合金化后才有较高稳定性 如 CrFeMoW 23C6可作为强化相具有复杂六方结构的M7C3 如Cr7C3Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3的稳定性更差 它和Fe3C类碳化物一样很易溶解和析出 具有较大的聚集长大速度 一般不能作为高温强化相仍从Fe- Cr- C 三元相图可以简便了解H13 钢中的合金碳化物相按Fe- Cr- C 系700和870三元等温截面的相图对含04C 钢中随Cr 量增加会出现 FeCr 3C M3C 和 CrFe 7C3 M7C3 型合金碳化物注意在870图上只有含Cr 量大于11才会出现M23C6 另外根据Fe- Cr- C 三元系在5Cr 时的垂直截面对含04

32、0C 的钢在退火状态下为相 约固溶1Cr 和 CrFe 7C3 合金C 化物当加热至791以上形成奥氏体A 和进入 AM7C3 三相区在795左右进入 AM7C3 两相区约在970时 CrFe 7C3 消失进入单相A区当基体含C 量033时在793左右才存在 M7C3M23C6 和A 的三相区在796进入 AM7C3 区 030C 时 以后一直保持到液相钢中残留的M7C3 有阻止A 晶粒长大的作用Nilson 提出对15C- 13Cr 的成分合金 欠稳定 CrFe 23C6 不形成当然单以Fe- Cr- C 三元系分析会有一些偏差要考虑参加合金元素的影响对H13改良型热作模具钢 含Cr成分有两

33、种范围低Si高Mo的Cr50型和Cr26型 下面还会论述 3 锰 几乎所有商业用钢都含一定数量的锰 Mn 钢中含有Mn 可以改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状同时它与S 有较大的亲合力可以防止在晶界上形成低熔点的硫化物FeS 而以具有一定塑性的MnS 存在从而消除硫的有害影响改善钢的热加工性能在美国热作模具钢中H21H26 和H41H43 的含锰量均在015-040 H10H19 的含锰量高于该范围Mn 具有固溶强化作用从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度虽然其固溶强化效果不及碳磷和硅但其对钢的延展性几乎没有影响在铁素体- 珠光体型钢中Mn 是唯一可使屈服强度增加又使冷脆转变温度变化最小的

34、合金元素锰是弱碳化物形成元素 它可溶入渗碳体中形成合金渗碳体 FeMn 3C其形成可降低系统的自由能即取于更稳定状态 注意 Fe3C中的Fe可全部为Mn所取代而Cr只可在Fe3C中固溶18-20 原子分数 关于淬透性的提高已在前节作了说明降低Ms点和增加淬火钢中的剩余奥氏体量相联系从而为设计微变形钢提供途径有报道 高精度冷作模具钢CrMn2SiWMoV 中Mn 的量为210-240Mn 参加钢中使Ac1Ac3Ar1 和Ar3 降低 这与细化铁素体和珠光体相联系 又会减薄碳化物片 对FP型钢的强化起积极作用同时有资料介绍Mn 和Ni类似有提高钢的韧度的作用H13 型二次硬化型模具钢 其含Mn 量

35、在020060对改良型热作模具钢 如QRO90 superSuperMe 和HOTVAR 含Mn 在075 处于较高的水平与低Si 高Mo 型H13 型钢Mn 含量在040-055范围 如ASSAB 公司的Dievar 钢 成明显对照 4 硅 硅是一个对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素仅次于磷 但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性一般都将Si 限制在钢脱氧需要的范围内如果将Si 作为合金元素参加钢中 其量一般不小于040Si也为提高回火抗力的有效元素Si降低碳在铁素体中的扩散速度 使回火时析出的碳化物不易聚集 增加回火稳定性另外 Si虽然不推迟碳化物的生成 但它可固溶于碳化物 并提高其稳定

36、性 延迟转变第一类回火脆性与转变和沿马氏体条间界分布形成连续薄膜有关 延迟转变便意味着提高第一类回火脆性发生温度或抬高回火温度- 硬度曲线 可使回火马氏体的碳化物与基体保持共格和均匀分布 使回火马氏体保持有良好的强韧性配合有资料说明 含1Si相应可提高回火温度3050 对045C- 5Cr- 2Mn钢 Si量从007提高至10可在 550-650 回火时获得较高硬度但是Si参加量过多 会使碳化物聚集的过时效速度增大以至于难以控制 这样 其参加量限制在075是比较适宜的另外 Si易使钢呈现带状组织 使钢的横向性能比纵向性能差 也使钢的脆性转折温度升高 Si还具有促进钢的脱碳敏感性 但Si有利于高

37、温抗氧化性的提高美国H 型热作模具钢中H21-26 和H41-43 以及H19 的Si 含量最大为040或略高 而H101-4 钢的含Si 量为 080125 属含较高Si 量的钢 5 钼 Mo 溶于Fe 中也具固溶强化的作用 Mo 溶解于A中能提高钢的淬透性 这在前面已有论述这里应明确指出Mo明显推迟珠光体转变 但对贝氏体转变的影响不大 具体表现为 在钢中只要参加025-10的Mo量 便足以使珠光体转变和贝氏体转变的区域分开 Cr2和V05也有相类似的作用 Mo是作为使钢具有二次硬化的主要合金元素参加的 现在普遍认为 这是由于在回火时马氏体中析出Mo2C造成Mo可与C形成Mo2C和MoC合金

38、碳化物 还可随回火温度升高转变为M6C具有密排六方点阵的Mo2C在马氏体板条内 亚晶界上以平行的细针状 二维为层片状 析出 显然 这种析出必须按单独形核机制 separate nucleation TEM研究指出 析出的位向关系为 1102 Mo2C 010 1101Mo2C100 1120Mo2C001Mo2C和基体共格 从而导致二次硬化Honeycombe认为 Mo2C形成初期是Mo和C原子沿马氏体的100面偏聚 形成象Al- Cu合金时效时出现的GP区相似的组织钢中参加W和V形成W2C VC的合金碳化物 也会具有二次硬化作用另外再参加Cr和Co可以强化二次硬化效应但要注意 为使钢中W和V

39、的碳化物溶解进入A中 需要采用较高的奥氏体化温度易引起奥氏体晶粒粗化而带来不良影响所以常以优选Mo为最正确的二次硬化合金化元素一般为了产生二次硬化效应 要求Mo的参加量不低于10 参加3Mo时可取得接近极值的效果当参加量为2025时 可获得最经济和有效的效果Mo具有比Cr更强烈的碳化物形成倾向 在5Cr的热作模具钢中 Mo2C先于Cr7C3形成前已述 M7C3不能作为二次硬化的高温强化相 而且它在回火马氏体中的形成是以原位析出 in- situ 机制 不会发生弥散析出为此 Mo的二次硬化的硬化强度和其最大硬化强度对应的温度皆高于Cr的相应值 同时 Mo2C的过时效速度亦较低 即不易聚集长大 这

40、三个条件是衡量二次硬化有效性的三个主要指标Mo 会提高钢的脱碳氧化敏感性 一般认为含3Mo 是使钢发生脱碳敏感的临界参加量对含23Mo 的钢 为了提高钢的淬透性 常常还得参加12的铬 6 钒 V 在工具钢中的主要作用是细化钢的晶粒和组织 增加钢的回火稳定性和增强二次硬化效应一般介绍 V 参加005可细化晶粒 随参加量增加 细化效果加强因为既使温度趋近700 V 的碳化物稳定性仍高 仍能保持细小所以V 是有效阻止A 晶粒粗化的元素 也是在高温下服役的钢的重要合金化元素下文还有论述V和MoW一样溶入基体中提高- Fe的自扩散激活能 另外它偏聚在位错线附近形成气团 与位错产生交互作用阻止其滑移 阻止

41、位错网络的重新排列形成胞状亚结构 增加马氏体的回复再结晶抗力 增加回火稳定性再那么 参加05V 依籍V4C3的沉殿亦可产生二次硬化效应 且随V量增加有向高温推移的趋势 硬化强度提高 过时效速度亦较低 但要使V4C3溶入A中 加热温度要较高 有介绍对含V的低合金及微合金低碳F- P型钢在950 奥氏体化后正火便能产生有效的沉殿硬化和在1150正火显示最正确的沉殿硬化 这点可籍以参考 需要采用高的奥氏体化温度会引起A晶粒粗化 及钢的缺口冲击韧度降低 如V在05附近时在2Mo钢中参加05V尚缺乏构成V4C3 而V会固溶于Mo2CV原子半径为R0135nm Mo为R0145nm 不增大点阵错配度 但因

42、为V和C的亲和力大 会提高Mo2C的稳定性 即增加二次硬化的有效性 使二次硬化的峰值温度提高V 的碳化物形成微小的细片起始片宽小于5nm厚不大于1nm 在550650范围析出于F 晶粒内的位错线上 产生明显的二次硬化作用 在550早期沉殿阶段 碳化物与基体共格 在 和 vc之间的错配度仅为3 位向关系为 100 VC 110 BakerNutting 然而在700回火 碳化物片迅速粗化和开始球化 但马氏体片仍保持着 待700长时间回火后才变为等轴状铁素体晶粒在钢中参加高于05 V 可形成稳定V4C3 并引起二次硬化其峰值温度约为 600625 Mo 的二次硬化峰值温度约为570580 对040

43、C- 2Cr-2Mo- 05V 钢的回火 由于Mo 量较高最终会形成M6C 如Fe3Mo3C M6C 为原位形核机制析出 二次硬化作用不明显一般情况下H13钢常用作热挤压模铝合金的压铸模和塑料模使用温度600 还可以用作冷挤凹模冷挤钢管环形模顶件等是冷热兼用的模具钢当工作温度 600 时某些钢和铜的热挤压模具及铜合金的压铸模其表层受热温度可达700 甚至更高此时H13钢就不太适宜而应该使用热强性较好的3Cr2w8V 型的H10钢或性能更加优异的UHBQRO 80MQRO 90 SUPREME热作模具钢12 H13钢的常规热处理工艺com 退火工艺H13钢属于过共析钢可以采用完全退火或等温球化退

44、火 1 完全退火工艺 850900 X 34 h 保温结束后随炉冷到500 以下出炉空冷 2 等温球化退火工艺 845900 X 24h 炉冷 700740 X 34 h 炉冷 炉冷速度40 h 500 出炉空冷形状复杂的模具在粗加工后应进行一次去应力退火 600650 X 2 h炉冷H13钢经退火后适宜的组织由球状珠光体和少粒状碳化物组成要求热处理硬度 HB 229com 淬火工艺H13钢的淬火回火工艺可以采用盐浴炉真空炉和流动粒子炉加热模具外表光洁热处理变形小零件寿命长优质H13 钢和QRO 90 SUPREME 钢推荐的热处理工艺见表2H13钢淬火时可采用空淬气淬油淬或者500540分级

45、淬火对于要求高强韧性的模具要用高的淬冷速度以抑制碳化物沿晶析出和出现上贝氏体提高强韧性和回火抗力但冷却速度必须控制在不出现淬火开裂和畸变的允许范围内H13钢淬火后的组织是板条马氏体未溶碳化物剩余奥氏体硬度HRC为5155com 回火工艺H13钢的回火工艺应根据热作模具的工作条件和具体的失效形态来确定回火温度和硬度一般优质H13钢大多采用 540650 3 h的高温回火以提高模具的韧性和减少剩余奥氏体A 在钢中发生转变而引起脆性H13钢回火后的最终热处理组织是回火马氏体少量粒状碳化物低于600 回火时仍保持马氏形状状当回火温度高于650时马氏体形态逐渐消失转变为回火马氏体引起热强性的严重恶化因此

46、H13钢是一种性能优异的中温 600 热作模具钢13 H13钢的热处理新工艺com 高温淬火H13淬火工艺试验 J550 2 minmm 800 15 minmm 预热最终加热温度分别选用1 030 1 050 1 100按1 minmm保温后油淬600 2 h两次回火结果说明 1 适当提高H13钢的淬火温度可加速碳化物的溶解使淬火后马氏体中碳和合金元素增加从而提高钢强韧性与热疲劳性回火稳定性 2 当淬火温度到达1 100 时奥氏体晶粒并没有明显长大淬组织是针状和板条状马氏体的混合组织com 双重淬火双重淬火是用高温淬火一高温回火 1 160 淬火720 回火 取代普通球化退火再进行常规热处理工艺结果显示随奥氏体化温度升高H13钢硬度及断裂韧性提高但冲