【正文】 ..... 34 參考文獻 ............................................................ 35 致 謝 .............................................................. 37 第 5 頁 共 37 頁 1 引言 現(xiàn)在隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，模具工業(yè)得到了迅速發(fā)展，推動了 模具鋼的發(fā)展。 2 模具鋼概述 2． 1 模具鋼定義 模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。 2． 2 模具鋼的分類 世界上習慣把模具鋼按用途歸為三大類 (按照模具材料使用的條件 )：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分數(shù)可達 13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分數(shù)也很高，最高可達 %%。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外，還要承受反復受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應力。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強度的模具可選用冷作模具鋼。 (2)塑料模具鋼性能要求嚴格，熱處理難度大。 第 7 頁 共 37 頁 隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應用越來越廣泛 ， 塑料模具工業(yè)對模具鋼的需求也越來越大。但常用的只有 20 余種，而用量最多的是 Crl Crl2MoV、 CrWMn、 3Cr2W8V、 5CrMnMo、5CrNiMo、 4 40Cr 等。 (2)模具鋼冶金質(zhì)量不高。在國外出現(xiàn)高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級材料強化及擴充材料領域等趨向，模具材 料由低級向高級發(fā)展，發(fā)展的趨向是碳素工具鋼 低合金工具鋼 高合金工具鋼，相繼出現(xiàn)一系列新型模具材料，模具標準鋼的合金化程度也日趨提高。以滿足模具工業(yè)不斷發(fā)展的需求。 第 8 頁 共 37 頁 (1)高韌性熱作模具鋼它又稱為錘鍛模具鋼。這些鋼均是在 5CrNiMo 鋼基礎上適當降低含碳 量、提高了 Cr 和 Mo 的含量并加入適量的 Si，從而提高了鋼的淬透性。傳統(tǒng)的熱作模具鋼3Cr2w8V， 當鑄錠較大、鑄模溫 度過高而鋼液過熱時，鋼錠中的元素偏析特別嚴重，共晶碳化物的數(shù)量會增多。 其使用壽命有所提高。 合金元素對鋼的影響 (1)合金元素對加熱時相轉(zhuǎn)變的影響 對奧氏體形成速度的影響： Cr、 Mo、 W、 V 等強碳化物形成元素與碳的親合力大 ， 形成難溶于奧氏體的合金碳化物 ， 顯著減慢奧氏體形成速度； Co、 Ni 等部分非碳化物形成元素 ， 因增大碳的擴散速度 ， 使奧氏體的形成速度加快； Al、 Si、Mn 等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。常用提高淬透性的元素有： Mo、Mn、 Cr、 Ni、 Si、 B 等。 除 Co、 Al 外 ， 多數(shù)合金元素都使 Ms 和 Mf 點下降。殘余奧氏體量過多時 ， 可進行冷處理 (冷至 Mf 點以下 ) ， 以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 ， 或進行多次回火 ， 這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使 Ms、 Mf 點上升 ， 并在冷卻過程中轉(zhuǎn)變 為馬氏體或貝氏體 (即發(fā)生所謂二次淬火 )。 表 3Cr2W8V 鋼的臨界溫度 臨界溫度 Ac1 Ac3 Ar1 溫度（近似值） /℃ 820830 1100 790 3Cr2W8V 鋼研究現(xiàn)狀 3Cr2W8V 鋼是一種老牌號高熱強性熱作模具鋼，被廣泛應用于壓鑄模、熱擠壓模、熱鍛模等，具有良好的鍛造工藝性能、機械加工工藝性能及熱處理工藝性能[1315] 。但該種鋼的韌性、塑性稍差，在生產(chǎn)中很易產(chǎn)生裂紋，致使 模具壽命大幅度降低 [17] 。 廖嘉琪，江韶光在《高溫淬火對 3Cr2W8V 鋼組織性能的影響》中提到 3Cr2W8V 鋼高溫淬火使碳化物充分溶解 ， 合金元素的作用進一步發(fā)揮 ,使材料強度和熱穩(wěn)定性提高 [20]。 3Cr2W8V 鋼淬火后的硬度可達 48HRC。 試樣編號 表 試樣編號 等溫球化退火 淬火 回火 840860℃； 760770℃ 1000℃ 1100℃ 1200℃ 550℃ 600℃ 650℃ 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 4 4 4 5 5 5 6 6 6 試樣尺寸 圖 試樣尺寸 實驗設備 熱處理設備及選擇 常用的熱處理加熱設備按能源分為 燃料加熱設備和電加熱設備；按工作溫度可分為高溫爐（＞ 1000℃ ）、中溫爐（ 650℃ 1000℃ ）和低溫爐（ ≤650℃ ）。 熱處理 電阻爐是以電為能源的，通過爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，是一種造價相對便宜的爐子，以降低成本。在這里主要介紹幾種有關金屬硬度的測試方法。 總試驗力 初始試驗力加上主試驗力。避免試樣產(chǎn)生位移。為了讀數(shù) 準確，在試驗過程中，硬度計應避免受到任何沖擊和震動。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。 球直徑 壓頭中硬質(zhì)合金球的直徑。試驗力－壓頭球直徑的平方的比率 （ ）應根據(jù)材料和硬度值選擇。對特殊材料，試驗力保持時間可以延長，但誤差應在 177。應在兩相互垂直方向測量壓痕直徑，用兩個 讀數(shù)的平均值計算布氏硬度。 術語及定義 試驗力 試驗時所用的負載。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應為23℃ 177。試驗力保持時間為 1015 秒。 放大系統(tǒng)應能將對角線放大到視場的 25%75%。鋼材常見的金相組織有：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體等。 表 Axio Imager A1m 參數(shù) 第 15 頁 共 37 頁 型號 儀器放大倍數(shù) 目鏡放大倍數(shù) 物鏡放大倍數(shù) Axio Imager A1m X 10X、 16X、 25X 5X、 10X、 20X、 50X、 100X X—射線相分析設備 D/maxRB： D/maxRB 粉晶樣品的定性、定量、動態(tài)高溫 X 射線衍射分析。 表 D/maxRB 參數(shù) 型號 電壓 電流 2θ 銅靶波長 D/maxRB 60 千伏 200 毫安 1420 埃 由于本實驗主要是進行定性分析，因此角度范圍為 30100176。 熱處理工藝方法及選擇 (1)預選熱處理選擇 正火 正火通常是把鋼加熱到臨界溫度 Ac3 或 Acm線以上，保溫一段時間，然后進行空冷。 ③ 用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。 ⑦ 過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球粒化。其中按加熱溫度可分為兩大類：一是臨界溫度 （ Ac1 或 Ac3）以上的退火，稱為 “相變重結晶退火 ”，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、擴散退火和球化退火等；二是加熱到臨界溫度（ Ac1 或 Ac3）以下的退火，稱為 “低溫退火 ”，包括軟化退火、再結晶退火和去應 力退火等。 不完全退火：不完全退火又叫不完全重結晶退火，是將鋼加熱到 Ac1 與 Ac3 或 Ac1 與 Acm 之間某一溫度，保溫后緩慢冷卻下來，使鋼組織發(fā)生不完全重結晶。 將鋼加熱到 Ac1以上 2030℃ ，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。普通球化退火是將鋼加熱到 Ac1 以上 2030℃ ，保溫適當時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到 500℃ 左右出爐空冷。 結合 3Cr2W8V 鋼的實際特點，對正火和退火的優(yōu)缺點以及適用范圍進行比較，發(fā)現(xiàn)正火和退火都能滿足實驗要求，但是為了實驗的精確性，并且退火能夠細化晶粒，消除內(nèi)應力，最終我們選擇退火作為預選熱處理，在退火具體工藝的選擇過程中，等溫球化退火不僅適用于 3Cr2W8V 鋼，并且球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。 淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。它是最簡單的淬火方法， 常用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件 ， 優(yōu)點是操作簡單，易于實現(xiàn)機械化，應用廣泛。雙液淬火的缺點是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，以提高強度、硬度、韌性和耐磨性。 低溫回火（ 150250℃ ），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強度和良好耐磨性，又適當提高了韌性。 高溫回火（ 500650℃ ），組織為回火索氏體，淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機械性能。 等溫球化退火保溫時間，保溫時間與鋼的化學成分、工件形狀、尺寸、爐子類型、裝爐量等多種因素有關，一般按每毫米厚度保溫 估算。常用經(jīng)驗公式為： τ=α對于 3Cr2W8V 鋼， α=， k=1，則 τ=114=21min,考慮到透熱之后， 第 20 頁 共 37 頁 還需要 一段 組織轉(zhuǎn)變時間，因而我選擇 2040 min 的保溫時間。綜合這兩方面的要求，選擇淬火介質(zhì)的第一個原則應是在滿足工件淬透層深度要求的前提下，選擇淬火烈度最低的淬火介質(zhì)。 表 3Cr2W8V 鋼調(diào)質(zhì)硬度 第 21 頁 共 37 頁 鋼號 回火 /℃ HRC 3Cr2W8V 700 3540 640 4045 540 4550 (2)回火時間的確定：回火時間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫度時開始計算，由于工件的有效厚度是 14mm，爐膛面積較大，工件之間不會互相干擾，故 我選擇保溫時間為 40min。這主要是由于 3Cr2W8V 鋼中含有的合金元素熔點較高，形成的碳化物不易 溶解 ，當淬火溫度達到 1100℃ 時，碳化物 溶解 ，淬火時奧氏體大量轉(zhuǎn)化為馬氏體，因此硬度比較高，在 1200℃ 時，雖然碳化物完全溶解有利于馬氏體相變，但由于溫度過高，導致奧氏體組織過大，因此馬氏體組織粗大，硬度隨之下降。 組織說明：鐵素體基 體 上彌散分布粒狀或球狀滲碳體，即得到點狀珠光體和少量碳化物。分別 1000℃ 、 1100℃ 、 1200℃ 保溫 2040min,油冷。在 1100℃ 時，如圖 示，由于淬火溫度的進一步提高，與圖 進行比較，可以發(fā)現(xiàn)除了見到稍粗馬氏體外，殘余碳化物含量大大減少，硬度高于 1000℃ 的淬火硬度。 分別 550℃ 、 600℃ 、 650℃ 保溫 40min，油冷。當溫度升高到 650℃ 時， 回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w， 如圖 所示，相比較600℃ ，組織硬度有了更近一步的下降。 (4)由衍射圖 可以知道，經(jīng)過 1200℃ 淬火后，組織為馬氏體、殘余奧氏體和碳化物，與 1100℃ 淬火比較，馬氏體和碳化物含量均減少，殘余奧氏體含量有所增加，分析可知，由于淬火溫度的升高，馬氏體轉(zhuǎn)變點進一步下降，因此增加了殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的難度，所以出現(xiàn)了馬氏體和碳化物含量均減少，殘余奧氏體含量有所增加的情況。 合金元素對 3Cr2W8V 影響 鉻的影響 (1)鉻為碳化物形成元素。 (2)使鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域變?yōu)?700500℃ 和 400250℃ 。 (3)降低臨界冷卻速度，并使鋼的淬透性大大增加，因而含鎢量高 的鋼能在空氣中淬硬。 (2)升高 Ac1 和 Ac3 點，使鋼的過熱敏感性顯著減少，從而使鋼的退火、正火、淬火的加熱溫度提高。 8 與相關熱處理進行比較 相關工藝 (1) 預處理采用快速退火：試樣在 890℃ 保溫 10min，取出空冷至 550℃ 立刻放入760℃ 爐中保溫 60min，取出空冷。 (3)由上表 知道，在快速球化退火工藝基礎上，進行 600℃ 的回火，回火后的平均硬度 為 ，與等溫球化工藝處理的 3Cr2W8V 鋼比較，硬度仍然高于等溫球化工藝， 通過圖 可知， 在回火時，快速球化退火也是優(yōu)勢明顯。 (2)對 3Cr2W8V 鋼采用快速預冷退火工藝，通過快速預冷增加過冷度，可以提高球化速度。并使它在油中便能淬硬。釩是碳化物形成元素，并能使鐵素體硬度增加。在隨后的淬火過程，組織主要為馬氏體，在 1100℃ 淬火，硬度達到最大值。 趙 老師嚴謹?shù)闹螌W風格、謙和的待人態(tài)度、善于啟發(fā)和調(diào)動學生思路的教學模式，令我無論是在學習還是在做人方面都受