【正文】 碳氮共滲和表面淬火件等。 根據(jù)回火溫度的不同，分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三種。低碳鋼一般不采用等溫淬火。 等溫淬火法，工件淬火加熱后，若長期保持在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的溫度，使之完成奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，獲得下貝氏體組織，這種淬火方法稱為等溫淬火。 分級淬火法，把工件由奧氏 體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達到淬火介質(zhì)的溫度，然后緩慢冷至室 第 18 頁 共 37 頁 溫，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變?？捎糜谛螤顝碗s、截面不均勻的工件淬火。缺點是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。 單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其完全冷卻。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。 (2)最終熱處理的選擇 淬火 將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻 ，以獲得非擴散型轉(zhuǎn)變組織，如馬氏體、貝氏體和奧氏體等的熱處理工藝。時間短，生產(chǎn)效率高。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組 織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于 Ar1 的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時間的 倍。 球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。 球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長 大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。 球化退火：球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。 不完全退火可用于亞共析鋼也可用于共析鋼。使鋼的強度、塑性和韌性大大降低。下面介紹幾種常用的退火工藝 完全退火：將亞共析鋼加熱至 Ac3 以上 2030℃ ，保溫足夠時間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而得到接近平衡的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火。 退火工藝分類 根據(jù)鋼的化學成分和退火目的的不 同，退火工藝種類很多。 退火 退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱 到適當?shù)臏囟?，保持一定時間，然后緩慢冷卻以達到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 ⑥ 用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。 ④ 用于鑄鋼件，可以細化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。 ② 用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作 為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進行表面淬火前的預備處理。正火目的是在于使晶粒細化和碳化物分布均勻化。取點為 ， 電壓為 40kv， 電流為 100Ma。速度為 7186。 D/maxRB 的具體性能參數(shù)，見表 。配有高溫附件，可進行從室溫至 1500℃ 的動態(tài)高溫 X 射線衍分析。 我們選擇 Axio Imager A1m 對不同狀態(tài)下的 3Cr2W8V 鋼金相圖譜分析，該顯微鏡具體參數(shù)見 表 。 金相顯微鏡是將光學顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計算 機圖像處理技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計算機上很方便地觀察金相圖像，從而對金相圖譜進行分析，評級等以及對圖片進行輸出、打印。在顯微鏡下看到的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)稱為顯微組織或金相組織。 考慮各種測試方法 的應(yīng)用范圍，最終我們選用金屬洛氏硬度的測試方法，該硬度計型號為 HR150A，具體參數(shù)見 表 。應(yīng)測量壓痕兩條對角線長度，用其算術(shù)平均值或通過查表得到硬 度值。對特殊材料，試驗力保持時間可以延長，直至試樣不再發(fā)生塑性變形，但誤差應(yīng)在 177。使壓頭與試樣表面垂直接觸，垂直于試驗面施加試驗力，加力過程中不應(yīng)有沖擊和震動，直至將試驗力施加至規(guī)定值。5 ℃ 。 測試程序 試驗一般在 1035℃ 的室溫進行。 壓痕對角線 卸載后，壓頭在被測樣品表面留下的方形或菱形壓痕的對角線。維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得的商，壓痕被視為具有正方形基面并與壓頭角度相同的 第 14 頁 共 37 頁 理想形狀。（或按 GB/T 查得布氏硬度值） 布氏硬度試驗范圍上限不大于 650HBW 。相鄰壓痕中心間的距離至少為壓痕直徑的 3 倍。2 秒。 試驗力保持時間為 1015 秒。 為了保證在盡可能大的有代表性的試樣區(qū)域試驗，應(yīng)盡可能選取大直徑的壓頭；當試樣尺寸允許時，應(yīng)優(yōu)先使用直徑為 10mm 的球壓頭進行試驗。 試驗力的選擇應(yīng)保證壓痕直徑在 之間。 測試程序 一般試驗在 1035℃ 的室溫進行即可，如果有對溫度要求嚴格的試驗（視 材料對溫度的敏感性），試驗溫度應(yīng)為 23℃ 177。 壓痕平均直徑 兩相互垂直方向測量的壓痕直徑的算術(shù)平均值。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，其半徑是壓頭球直徑的二分之一。 第 13 頁 共 37 頁 (2)金屬布氏硬度 測試原理 對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直 徑。 在多處取值時，兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)為壓痕直徑的 4 倍，但不得小于2mm。2 秒 ，然 后卸除主試驗力，保持初試驗力，經(jīng)過短暫穩(wěn)定后，進行讀數(shù)。使壓頭與試樣表面接觸，在無沖擊和振動的情況下施加試驗力， 初試驗力保持不應(yīng)超過 3 秒。試樣應(yīng)平穩(wěn)地放置在鋼 性支承物上，并使壓頭軸線與試樣表面垂直。 測試程序 洛氏硬度應(yīng)選擇在較小的溫度變化范圍內(nèi)進行，因為溫度變化可能會對試驗結(jié)果有影響。 主試驗力 使測量樣品產(chǎn)生殘余壓痕的加載。 (1)金屬洛氏硬度 測試原理 將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質(zhì)合金球）分兩個步驟壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，測量在初試驗力下的 殘余壓痕深度 h，根據(jù) h 值及常數(shù) N 和 S 計算洛氏硬度。根據(jù)試驗方法和適應(yīng)范圍的不同，硬度單位可分為布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度、顯微維氏硬度等許多種，不同的單位有不同的測試方法，適用于不同特性的材料或場合。結(jié)合實驗室現(xiàn)有設(shè)備以及從節(jié)約能源的角度考慮，最終選擇 作為退火、回火的加熱設(shè)備，具體參數(shù)見下表 ；選擇 SX21013 作為淬火的加熱設(shè)備，具體參數(shù)見下表 。 熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟性、可靠性、配套性、安全性、安全性以及工廠的實際情況等來選擇 ，本實驗結(jié)合實際情況選擇熱處理電阻爐 。生產(chǎn)上常用的加熱設(shè)備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等。 5 試驗材料及試驗方法 試樣準備 準備 21 塊大小相同，化學成分無差異，同一批的圓柱形的 3Cr2W8V 鋼材料。(3)隨回火溫度的升高，由于二次硬化及碳化物類型的轉(zhuǎn)變， 3Cr2W8V 鋼的硬度和韌性呈現(xiàn)出了相反的變化趨勢，即硬度先升后降，而韌性先降后升。 (2)等溫球化退火后 1070℃ 淬火的組織由馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏體組成。 趙巖在《熱處理工藝對 3Cr2W8V 鋼組織和性能的 影響》中提到， (1)3Cr2W8V鋼經(jīng)等溫球化退火可獲得球狀或點狀的珠光體組織。 (2)經(jīng)快速預冷退火處理的 3Cr2W8V 鋼，淬火后組織中碳化物顆粒分布也更加細小均勻，淬火硬度也要高于采用傳統(tǒng)退火工藝處理后的淬火硬度 [19]。 3Cr2W8V 鋼含有較多碳化物形成元素且鉻鎢均能提高臨界點和回火穩(wěn)定性，因而具有較高的抗熱疲勞性和高溫機械性，但經(jīng)常規(guī)熱處理工藝處理的 3Cr2W8V 鋼模具在使用中經(jīng)常發(fā)生早期脆斷 ,降低了模具的使用壽命 ,給生產(chǎn)帶來嚴重影響 [18]。由于它含有多種易形成碳化物的 Cr、 W、 V 等合金元素，故在高溫下具有較高的強度和硬度以及良 好的淬透性。 3Cr2W8V 鋼是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱模具鋼 ， 模具的服役條件極其惡劣 ，在高溫狀態(tài)承受強烈磨擦和高沖擊力 ， 要求材料具有高的強韌性 ， 抗熱疲勞性和耐磨性 [16] 。 表 3Cr2W8V 鋼的化學成分 w% C Cr W V Si Mn P S ≤ ≤ ≤ ≤ 第 10 頁 共 37 頁 (2)臨界溫度 3Cr2W8V 鋼的臨界溫度示于表 。 4 關(guān)于 3Cr2W8V 鋼研究 3Cr2W8V 鋼研概述 3Cr2W8V 鋼是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱模具鋼 ， 模具的服役條件極其惡劣 ,在高溫狀態(tài)承受強烈磨擦和高沖擊力 ， 要求材料具有高的強韌性 ， 抗熱疲勞性和耐磨性， 3Cr2W8V 鋼含有較多碳化物形成元素 ， 且鉻、鎢均能提高臨界點和回火穩(wěn)定性 ， 因而具有較高的抗熱疲勞性和高溫機械性能，但經(jīng)常規(guī)熱處理工藝處理的 3Cr2W8V 鋼模具在使用中經(jīng)常發(fā)生早期脆斷 ， 降低了模具的使用壽命 ， 給生產(chǎn)帶來嚴重影響，若能改善 3Cr2W8V 鋼的熱處理工藝 ， 使合金元素充分發(fā)揮作用 ,則可有效地提高材料的綜合機械性能 ,滿足服役條件的要求 ,提高模具壽命。 Ms 和 Mf 點的下降 ， 使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。其作用大小的次序是：Mn、 Cr、 Ni、 Mo、 W、 Si。另外 ， 兩種或多種合金元素的同時加入 (如 ， 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等 )， 比單個元素對淬透性的影響要強得多。必須指出 , 加入的合金元素 , 只有完全溶于奧氏體時 , 才能提高淬透性。 (2)合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響 除 Co 外 ， 幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性 ， 推遲珠光體類型組織的轉(zhuǎn)變 , 使 C 曲線右移 ， 即提高鋼的淬透性。 對奧氏體晶粒大小的影響：大多數(shù)合金元素 都有阻止奧氏體晶粒長大的作用 , 但影響程度不同。通過降低 Mo 和 V 的 含量加入 1%Ni 和 %又研制了 4Cr3M02VNiN6 鋼 (HD)提高了鋼的室溫和高溫韌性、熱穩(wěn)定性，在 700℃ 時仍可保持 40HRC 的硬度。 3Cr2M03V 類鋼韌性較好、熱 強 性和 熱 穩(wěn)定 性 優(yōu)于 H13 鋼。有良好的冷熱疲勞抗力， 被廣泛應(yīng)用于低于 600℃ 的熱擠壓模和壓鑄模 。因此，造成模具脆裂報廢的事故也時有發(fā)生。因此，要求模具鋼有較高的高溫強度、硬度和熱穩(wěn)定性、良好的耐磨性和抗氧化性能、較高的抗熱疲勞性能和斷裂韌度。一般情況下，這種熱 作熱鍛模使用其壽命是 5CrNiMo 鋼熱鍛模具的 倍，經(jīng)滲氮后其使用壽命可提高到原來的 倍以上。國內(nèi)外研發(fā)了一系列提高合金含量的高淬透性模具鋼，如國產(chǎn)的3Cr2MoWVNi、 5Cr2NiMoVSi 等鋼種。此類鋼中碳的含量一般在 %左右，合金元素總質(zhì)量分數(shù)的 3%左右。 熱作模具鋼分類 熱作模具鋼可分為高韌性熱作模具鋼和高熱強性模具鋼。國外相繼開發(fā)的新型熱作模具鋼包括：高淬透性特大型鍛壓模具鋼 [11] 。 此外，國外也不斷地研制新鋼種。這些鋼的使用性能較好，由于合金工具鋼標準比較完善合理，針對性較強，具有一定的先進性、代表性，在國際上信譽較高，而被世界各國廣泛采用。對模具鋼從冶金質(zhì)量、數(shù)量、性能上要求不斷提高 [7]。 (3)模具新材料、熱處理新工藝和表面強化新工藝應(yīng)用偏少 [5,6]。 (1)模具鋼品種規(guī)格少，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理。其中 Crl Crl2MoV 的應(yīng)用量大面廣，但在冶煉、鑄造、鍛造、熱處理等方面存在一系列問題。 國內(nèi)外模具鋼研究現(xiàn)狀 國內(nèi)模具鋼現(xiàn)狀 目前我國模具用鋼廣泛，除了工具鋼 (碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼 )外，還有軸承鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、不銹鋼等，鋼種達數(shù)十種之多。在塑料 成型加工中 ， 模具的質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。 (5)配合預硬化鋼、非調(diào)質(zhì) 鋼 的應(yīng)用，易切削性也是塑料模具鋼的特點。 (3)為避免模具零件在強韌化過程中的變形或其他熱處理問題，模具鋼以預硬化形式供應(yīng)市場已較普遍。專門用鋼已自成體系，模具用鋼的化學成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質(zhì)量更高，加工精良，對熱處理有利。 (1)塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從普通鋼材到專用鋼才都有。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理 形 變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。 塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分數(shù)在 %%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共 析或過共析鋼。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強度、熱疲勞穩(wěn)定性、導熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學性能。 熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金 屬壓鑄模等。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分數(shù)在