【正文】 論文題目： H13鋼熱處理及表面氮化工藝研究 摘 要 熱 作模具鋼通常具有硬度和紅硬性、耐磨性、強(qiáng) 度和韌性、熱疲勞性能等特殊的使用性能 要求，為充分發(fā)揮 H13（ 4Cr5MoSiV1）熱作模具鋼的性能優(yōu)勢(shì)，本文主要從 H13（ 4Cr5MoSiV1）鋼熱處理工藝規(guī)范及其表面處理工藝方面進(jìn)行 實(shí)驗(yàn) 研究，優(yōu)選出針對(duì) H13（ 4Cr5MoSiV1）鋼的最佳淬火溫度和回火溫度范圍，并提出了適用于 H13（ 4Cr5MoSiV1）鋼表面強(qiáng)化的氮化處理方案。 研究表明， H13（ 4Cr5MoSiV1）鋼最 佳的熱處理工藝規(guī)范為： H13 鋼坯先在 500℃和 850℃左右預(yù)熱，再加熱至 1020～ 1050℃淬火溫度對(duì)其充分奧氏體化后油冷，淬火硬度 56～ 58HRC；回火溫度 580℃～ 600℃，回火次數(shù) 2～ 3 次， 2h/次 。同時(shí)， 氮化 H13+CrAlN 和 H13+CrAlN 在 600℃高溫摩擦實(shí)驗(yàn)條件下的表面耐磨性分別是 H13 鋼的 倍和 7 倍 ，在實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)需要選取對(duì) H13 鋼表面氮化工藝。 關(guān)鍵詞 ： H13 鋼，熱作模具鋼，熱處理 目 錄 第 1 章 緒論 ..........................................................................................................1 選題的背景、目的和意義 ......................................................................1 熱作模具鋼概述 .....................................................................................2 熱作模具鋼及其 選材 .......................................................................2 鑄造模具鋼的失效形式 ..................................................................6 研究的主要內(nèi)容 ......................................................................................8 第 2 章 實(shí)驗(yàn)方法 ..................................................................................................9 實(shí)驗(yàn)鋼的制備 ..........................................................................................9 熱處理工藝 ...........................................................................................14 試樣的制備 ...........................................................................................14 沖擊試樣 ........................................................................................14 拉伸試樣 ........................................................................................15 抗氧化性試樣 ................................................................................15 熱穩(wěn)定性試樣 ................................................................................16 摩擦磨損試樣 ................................................................................16 分析與測(cè)試設(shè)備及方法 .......................................................................16 微觀組織分析 ................................................................................16 力學(xué)性能測(cè)試 ................................................................................17 抗氧化性 實(shí)驗(yàn) ................................................................................17 熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) ................................................................................17 摩擦磨損 實(shí)驗(yàn) ................................................................................18 第 3 章 H13 熱作模具鋼熱處理工藝優(yōu)化 ........................................................19 H13 鋼的 TTT 曲線 .............................................................................19 不同淬火工藝對(duì) H13 鋼性能的影響 ..................................................20 H13 鋼淬火溫度范圍的選取 ......................................................21 不同溫度淬火后的硬度和晶粒度 .................................................21 推薦的淬火規(guī)范 ............................................................................22 不同回火工藝對(duì) H13 鋼性能的影響 ..................................................23 H13 鋼回火溫度范圍的選取 ......................................................23 不同溫度回火后的性能測(cè)試 .........................................................24 推薦的回火規(guī)范 ............................................................................32 表面處理對(duì) H13 鋼硬度的影響 ..........................................................32 第 4 章 結(jié)論 ........................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................38 1 第 1 章 緒論 選題的背景、目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 ,鋁制品在各個(gè)領(lǐng)域都獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 , 在現(xiàn)代化的鋁制品大量生產(chǎn)中 ,工模具對(duì)實(shí)行整個(gè)鑄造過(guò)程有著十分重要的意義。 利用低壓鑄造法所具有的材料利用率高、容易實(shí)現(xiàn)注湯自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，以汽車(chē)部件為中心，逐步確立了輕合金鑄件的主要鑄造法的牢固 地位。在鋁合金鑄件的生產(chǎn)量中，低壓鑄造品已占了大約 50%，并以其巨大的生產(chǎn)量和優(yōu)良的品質(zhì)而著稱于世。產(chǎn)品擴(kuò)大到汽車(chē)相關(guān)部件，如氣缸頭、氣缸體、剎車(chē)鼓、離合器罩、輪轂、進(jìn)氣岐管等。特別是 1970 年以后大量應(yīng)用在輪轂上 。 模具壽命是評(píng)價(jià)某一個(gè)工藝方法經(jīng)濟(jì)可行性的決定因素 ,工模具的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)擠壓生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低能耗的最重要的保證之一。因此，模具技術(shù)是鋁合金輪轂生產(chǎn)的核心技術(shù)。目前，生產(chǎn)鋁合金輪轂的鑄造模具材料為 H13 熱作模具鋼。 H13 模具鋼在使用前經(jīng)適當(dāng)?shù)拇慊?+回火等熱處理 ,可獲得優(yōu)良的綜合性能 ,如具有 良好的熱強(qiáng)性、紅硬性、較高的韌性、抗熱疲勞性和抗熱震性等 ,工作溫度可達(dá) 600℃。 低壓鑄造模具直接與高溫鋁合金接觸，同時(shí)承受高溫 、較高壓力和劇烈摩擦作用， 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中， 鋁合金輪轂 低壓 鑄造模具 經(jīng)常會(huì)發(fā)生 變形、熱疲勞及腐蝕 等失效 問(wèn)題， 直接影響著模具的使用壽命和輪轂壓鑄的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。 本課題 通過(guò) 對(duì) H13 熱作模具鋼熱處理工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究， 通過(guò)對(duì)比 不同淬火溫度和不同回火溫度參數(shù)對(duì) H13 鋼 力學(xué) 性能的影響， 最終 獲得最優(yōu)熱處理工藝參數(shù) （包括淬火溫度、回火溫度） 。 此外本課題還對(duì) H13 鋼的表面處理工藝進(jìn)行了 實(shí)驗(yàn) 研究，并得 出對(duì) H13 鋼表面進(jìn)行氮化處理可有效強(qiáng)化模具性能的結(jié)論。 本課題 可以為實(shí)際生產(chǎn)中有效提高模具服役壽命，降低模具 加工和服役過(guò)程的 早期失效問(wèn)題提供必要的依據(jù)。 2 熱作模具鋼概述 熱作模具鋼 及其選材 熱作模具是將加熱到結(jié)晶溫度以上的固態(tài)或液態(tài)金屬壓制成型的工具，包括熱鍛模具、熱擠壓模和壓鑄模三類(lèi)。熱作模具與冷作模具工作條件的主要區(qū)別在于熱作模具鋼與熱態(tài)金屬相接觸。熱作模具鋼除了能用于上述三類(lèi)熱作模具外，還可用于制造有較高強(qiáng)韌性、使用溫度較高和一定耐磨性的塑料模。熱作模具的工作條件主要有以下三方面 : （ 1） 型腔表層金屬受熱。熱鍛模具型腔表層金屬受熱溫度至少有幾百攝氏度；熱擠壓模具與壓鑄模具型腔表層溫度更高。 （ 2）型腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞。熱作模具的工作狀態(tài)是反復(fù)受熱和冷卻，從而使型腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，即反復(fù)承受拉壓應(yīng)力作用，容易引起型腔表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋。 （ 3）載荷作用。錘鍛模受強(qiáng)烈的沖擊載荷和工作應(yīng)力；熱擠壓模具和壓鑄模具是在高壓下服役的。 為滿足上述苛刻的工作條件要求，熱作模具鋼通常具有硬度和紅硬性、耐磨性、強(qiáng) 度和韌性、熱疲勞性能等特殊的使用性能。熱作模具鋼的碳含量一般為 %～ %，有良好的強(qiáng)度、硬度和韌性。熱作模具鋼中鎳、鎢、鉬、鉻、釩等不同合金元素的強(qiáng)化作用，可以提高鋼的淬透性和綜合高溫性能，同時(shí)賦予熱作模具鋼良好的性能。 熱作模具鋼的使用性能包括硬度和紅硬性、耐磨性、強(qiáng)度和韌性及熱疲勞性能。熱作模具工作時(shí)除了承受周期性載荷作用之外，還要承受高溫及周期性的急冷急熱變化。熱交變應(yīng)力易使熱作模具材料發(fā)生疲勞破壞，導(dǎo)致模具熱裂。一般說(shuō)來(lái)，影響鋼的熱疲勞性能的因素主要有鋼的導(dǎo)熱性和鋼的臨界點(diǎn)。 5CrMnMo 和 3Cr2W8V 鋼是這兩種熱作模具鋼在 市場(chǎng)上出現(xiàn)最早的鋼種 ，目前在市場(chǎng) 上仍占較大份額。 5CrNiMo 主要用于厚度 對(duì)于 300mm 的大中型鍛模， 5CrMnMo 適用于厚度在 250mm 以下的小型鍛模。但當(dāng)用于更大截面或更高溫度時(shí)，這兩種鋼存在淬透性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及耐磨性不夠的問(wèn)題。 3Cr2W8V 的高溫強(qiáng)度較高，但鋼的熱疲勞性較差，韌性也不高，3 用于壓鑄模具和鋁、銅合金熱擠壓模具時(shí)，模具的使用壽命都較低。 H13（ 4Cr5MoSiV1） 鋼 具有良好的冷熱疲勞性能， 工作 溫度 600 ℃以下 時(shí)，代替 3Cr2W8V 鋼 制模， 模具 壽命可大幅度提高。因此 ， H13 鋼得到廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)量已超過(guò) 3Cr2W8V 鋼 。 目前， 國(guó)內(nèi) 中、大型復(fù)雜模具多采用進(jìn)口的 H13 鋼 ， 較普遍的有 8407（ 瑞典 )， W302（ 奧地利 ） ， 2344（ 德國(guó) ）， SKD6 DAC55（ 日本日立 ）， DH2F、 DH31S（ 日本大同 ）。瑞典 8407 具有優(yōu)良的耐熱沖擊和抗熱疲勞性能、良好的高溫強(qiáng)度、各個(gè)方向上優(yōu)異的韌性和延展性、優(yōu)良的淬透性，良好的熱處理尺寸穩(wěn)定性，主要用于各種金屬壓鑄模具、擠壓模具。 日本 SKD61 具有良好的 強(qiáng)度、韌性及抗高溫?zé)崞谛阅?，能承受溫度聚變，適宜在高溫下長(zhǎng)期工作，