【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 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，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行 實驗 研究，優(yōu)選出針對 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℃左右預熱，再加熱至 1020～ 1050℃淬火溫度對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， 氮化 H13+CrAlN 和 H13+CrAlN 在 600℃高溫摩擦實驗條件下的表面耐磨性分別是 H13 鋼的 倍和 7 倍 ，在實際生產中，可根據(jù)需要選取對 H13 鋼表面氮化工藝。 關鍵詞 ： 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 研究的主要內容 ......................................................................................8 第 2 章 實驗方法 ..................................................................................................9 實驗鋼的制備 ..........................................................................................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 分析與測試設備及方法 .......................................................................16 微觀組織分析 ................................................................................16 力學性能測試 ................................................................................17 抗氧化性 實驗 ................................................................................17 熱穩(wěn)定性實驗 ................................................................................17 摩擦磨損 實驗 ................................................................................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 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 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試 .........................................................24 推薦的回火規(guī)范 ............................................................................32 表面處理對 H13 鋼硬度的影響 ..........................................................32 第 4 章 結論 ........................................................................................................37 參考文獻 ..............................................................................................................38 1 第 1 章 緒論 選題的背景、目的和意義 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展 ,鋁制品在各個領域都獲得越來越廣泛的應用 , 在現(xiàn)代化的鋁制品大量生產中 ,工模具對實行整個鑄造過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、容易實現(xiàn)注湯自動化等優(yōu)點，以汽車部件為中心，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量中，低壓鑄造品已占了大約 50%，并以其巨大的生產量和優(yōu)良的品質而著稱于世。產品擴大到汽車相關部件，如氣缸頭、氣缸體、剎車鼓、離合器罩、輪轂、進氣岐管等。特別是 1970 年以后大量應用在輪轂上 。 模具壽命是評價某一個工藝方法經(jīng)濟可行性的決定因素 ,工模具的設計與制造質量是實現(xiàn)擠壓生產高產、優(yōu)質、低能耗的最重要的保證之一。因此，模具技術是鋁合金輪轂生產的核心技術。目前，生產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?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 600℃。 低壓鑄造模具直接與高溫鋁合金接觸，同時承受高溫 、較高壓力和劇烈摩擦作用， 在實際生產過程中， 鋁合金輪轂 低壓 鑄造模具 經(jīng)常會發(fā)生 變形、熱疲勞及腐蝕 等失效 問題， 直接影響著模具的使用壽命和輪轂壓鑄的質量及生產效率。 本課題 通過 對 H13 熱作模具鋼熱處理工藝參數(shù)的實驗研究， 通過對比 不同淬火溫度和不同回火溫度參數(shù)對 H13 鋼 力學 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 H13 鋼的表面處理工藝進行了 實驗 研究，并得 出對 H13 鋼表面進行氮化處理可有效強化模具性能的結論。 本課題 可以為實際生產中有效提高模具服役壽命，降低模具 加工和服役過程的 早期失效問題提供必要的依據(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。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熱作模具外，還可用于制造有較高強韌性、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）型腔表層金屬產生熱疲勞。熱作模具的工作狀態(tài)是反復受熱和冷卻，從而使型腔表層金屬產生反復的熱脹冷縮，即反復承受拉壓應力作用，容易引起型腔表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋。 （ 3）載荷作用。錘鍛模受強烈的沖擊載荷和工作應力；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 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化作用，可以提高鋼的淬透性和綜合高溫性能，同時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、強度和韌性及熱疲勞性能。熱作模具工作時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。熱交變應力易使熱作模具材料發(fā)生疲勞破壞，導致模具熱裂。一般說來，影響鋼的熱疲勞性能的因素主要有鋼的導熱性和鋼的臨界點。 5CrMnMo 和 3Cr2W8V 鋼是這兩種熱作模具鋼在 市場上出現(xiàn)最早的鋼種 ，目前在市場 上仍占較大份額。 5CrNiMo 主要用于厚度 對于 300mm 的大中型鍛模， 5CrMnMo 適用于厚度在 250mm 以下的小型鍛模。但當用于更大截面或更高溫度時，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題。 3Cr2W8V 的高溫強度較高，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，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，代替 3Cr2W8V 鋼 制模， 模具 壽命可大幅度提高。因此 ， H13 鋼得到廣泛應用，其產量已超過 3Cr2W8V 鋼 。 目前， 國內 中、大型復雜模具多采用進口的 H13 鋼 ， 較普遍的有 8407（ 瑞典 )， W302（ 奧地利 ） ， 2344（ 德國 ）， 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、良好的高溫強度、各個方向上優(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 強度、韌性及抗高溫熱疲勞性能，能承受溫度聚變，適宜在高溫下長期工作，