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1、1 引言引言 2 2 模具钢概述模具钢概述 2 2 1 模具钢定义 2 2 2 模具钢的分类 3 2 3 国内外模具钢研究现状 5 2 3 1 国内模具钢现状 5 2 3 2国外模具钢的现状 5 3 热作模具钢相关理论综述热作模具钢相关理论综述 6 3 1 热作模具钢定义 6 3 2 热作模具钢分类 6 3 3 合金元素对钢的影响 7 4 关于关于 3CR2W8V 钢研究钢研究 8 4 1 3CR2W8V 钢研概述 9 4 2 3CR2W8V 钢研究现状 10 5 热处理设备及选择热处理设备及选择 11 5 1硬度测定设备及选择 12 5 2金相分析设备 16 5 3热处理工艺方法及选择 16
2、 6 热处理工艺制度制定热处理工艺制度制定 21 6 1等温球化退火工艺的制定 22 6 2 淬火工艺的制定 22 6 3 回火工艺的制定 24 7 结果及分析结果及分析 26 7 1 硬度 26 7 2 金相分析 28 7 3 合金元素对 3CR2W8V 影响 32 8 与相关热处理进行比较与相关热处理进行比较 33 9 结论结论 37 参考文献参考文献 38 致致 谢谢 40 1 引言引言 现在随着机械制造业的发展 模具工业得到了迅速发展 推动了 模具钢的发展 汽车 拖拉机 电器 电机 仪器 仪表 电子等行 业有 60 80 的零件需用模具加工 现代工业的发展和技术水平的提 高在很大程度上
3、取决于模具工业的发展水平 1 3Cr2W8V 钢是目前国 内外广泛应用的热模具钢 模具的服役条件极其恶劣 在高温状态承 受强烈磨擦和高冲击力 要求材料具有高的强韧性 抗热疲劳性和耐 磨性 3Cr2W8V 钢含有较多碳化物形成元素 且铬 钨均能提高临界 点和回火稳定性 2 因而具有较高的抗热疲劳性和高温机械性能 但 经常规热处理工艺处理后的 3Cr2W8V 钢模具在使用中经常发生早期 脆断 降低了模具的使用寿命 给生产带来严重影响 若能改善 3Cr2W8V 钢的热处理工艺 使合金元素充分发挥作用 则可有效地 提高材料的综合机械性能 满足服役条件的要求 提高模具寿命 3 因而本课题旨在探讨合金元素
4、和热处理制度对 3Cr2W8V 钢组织和性 能的影响 希望能够得到更好的工艺来满足工业生产中对 3Cr2W8V 钢的要求 获得更好的力学和机械方面的性能 2 模具钢概述模具钢概述 2 1 模具钢定义模具钢定义 模具钢是用来制造冷冲模 热锻模压铸模等模具的钢种 用于加 工赤热金属或液态金属 使之凝固成形 4 模具是机械制造 无线电 仪表 电机电器等工业部门中制造零件的主要加工工具 模具的质量 直接影响着压力加工工艺的质量 产品的精度产量和生产成本 而模 具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外 主要受模 具材料和热处理的影响 2 2 模具钢的分类模具钢的分类 世界上习惯把模具钢按用途归
5、为三大类 按照模具材料使用的条件 冷作模具钢 热作模具钢和塑料模具钢 冷作模具包括冷冲模 拉丝模 拉延模 压印模 搓丝模 滚丝 板 冷镦模和冷挤压模等 5 冷作模具钢 按其所制造模具的工作条 件 应具有高的硬度 强度 耐磨性 足够的韧性 以及高的淬透性 淬硬性和其他工艺性能 用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳 合金钢 碳质量分数在 0 80 以上 铬是这类钢的重要合金元素 其 质量分数通常不大于 5 但对于一些耐磨性要求很高 淬火后变形 很小模具用钢 最高铬质量分数可达 13 并且为了形成大量碳化物 钢中碳质量分数也很高 最高可达 2 0 2 3 冷作模具钢的碳含量 较高 其组织大部分属于
6、过共析钢或莱氏体钢 常用的钢类有高碳低 合金钢 高碳高铬钢 铬钼钢 中碳铬钨钏钢等 热作模具分为锤锻 模锻 挤压和压铸几种主要类型 包括热锻 模 压力机锻模 冲压模 热挤压模和金属压铸模等 热变形模具在 工作中除要承受巨大的机械应力外 还要承受反复受热和冷却的做用 而引起很大的热应力 热作模具钢除应具有高的硬度 强度 红硬性 耐磨性和韧性外 还应具有良好的高温强度 热疲劳稳定性 导热性 和耐蚀性 此外还要求具有较高的淬透性 以保证整个截面具有一致 的力学性能 对于压铸模用钢 还应具有表面层经反复受热和冷却不 产生裂纹 以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能 这类钢一般属 于中碳合金钢 碳质量分数
7、在 0 30 0 60 属于亚共析钢 也有一 部分钢由于加入较多的合金元素 如钨 钼 钒等 而成为共析或过 共析钢 常用的钢类有铬锰钢 铬镍钢 铬钨钢等 塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具 塑料模具用钢 要求具有一定的强度 硬度 耐磨性 热稳定性和耐蚀性等性能 此 外 还要求具有良好的工艺性 如热处理形变小 加工性能好 耐蚀 性好 研磨和抛光性能好 补焊性能好 粗糙度高 导热性好和工作 条件尺寸和形状稳定等 一般情况下 注射成形或挤压成形模具可选 用热作模具钢 热固性成形和要求高耐磨 高强度的模具可选用冷作 模具钢 1 塑料模具用钢涵盖广泛 从普通钢材到专用钢才都有 这在塑 料模具初期
8、更加明显 如今已日趋正规和高级 专门用钢已自成体系 模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同 但其冶金质量更高 加工精良 对热处理有利 2 塑料模具钢性能要求严格 热处理难度大 3 为避免模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题 模 具钢以预硬化形式供应市场已较普遍 3 以石化产品为原料的塑料制品 表现某些程度不同的腐蚀性 所以耐蚀钢应用也较多 5 配合预硬化钢 非调质钢的应用 易切削性也是塑料模具钢的 特点 随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛 塑料模具 工业对模具钢的需求也越来越大 在塑料成型加工中 模具的质量对 产品质量的保证作用是不言而喻的 塑料模具目前已向精密化 大型
9、化和多腔化的方向发展 对塑料模具钢的性能的要求越来越高 塑模钢 的性能应根据塑料种类 制品用途 生产批量 尺寸精度和表面质量 的要求而定 2 3 国内外模具钢研究现状国内外模具钢研究现状 2 3 1 国内模具钢现状 目前我国模具用钢广泛 除了工具钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢 外 还有轴承钢 弹簧钢 调质钢 渗碳钢 不锈钢等 钢种达数十种之多 但常用的只有 20 余种 而用量最多的是 Crl2 Crl2MoV CrWMn 3Cr2W8V 5CrMnMo 5CrNiMo 45 40 Cr 等 其中 Crl2 Crl2MoV 的应用量大面广 但在冶炼 铸造 锻造 热处理等方面存在一系列问题
10、 模具使用寿命较低 特别是产品结构 和应用方面还存在着一些问题 1 模具钢品种规格少 产品结构不尽 合理 2 模具钢冶金质量不高 3 模具新材料 热处理新工艺和表面 强化新工艺应用偏少 5 6 2 3 2 国外模具钢的现状 随着模具制造业的不断发展 对模具钢从冶金质量 数量 性能 上要求不断提高 7 在国外出现高合金 高质 优化 低级材料强化 及扩充材料领域等趋向 模具材料由低级向高级发展 发展的趋向是 碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 相继出现一系列新型模具 材料 模具标准钢的合金化程度也日趋提高 这些钢的使用性能较好 由于合金工具钢标准比较完善合理 针对性较强 具有一定的先进性 代表
11、性 在国际上信誉较高 而被世界各国广泛采用 形成国际上的 通用化趋势 此外 国外也不断地研制新钢种 以满足模具工业不断发展的需 求 国外相继开发的新型热作模具钢包括 高淬透性特大型锻压模具 钢 3 热作模具钢相关理论综述热作模具钢相关理论综述 3 1 热作模具钢定义热作模具钢定义 热作模具钢用于制造将加热到再结晶温度以上的金属或液态金属 制成工件的模具 3 2 热作模具钢分类热作模具钢分类 热作模具钢可分为高韧性热作模具钢和高热强性模具钢 1 高韧性热作模具钢它又称为锤锻模具钢 此类钢中碳的含量一 般在 0 5 左右 合金元素总质量分数的 3 左右 传统的热锻模具钢 由于受淬透性的限制 随着模
12、块截面的增大 要求进一步提高模具材 料的淬透性 使模具的心部能够得到较高的均匀性 国内外研发了一 系列提高合金含量的高淬透性模具钢 如国产的 3Cr2MoWVNi 5Cr2NiMoVSi 等钢种 这些钢均是在 5CrNiMo 钢基 础上适当降低含碳量 提高了 Cr 和 Mo 的含量并加入适量的 Si 从而 提高了钢的淬透性 一般情况下 这种热作热锻模使用其寿命是 5CrNiMo 钢热锻模具的 1 5 2 倍 经渗氮后其使用寿命可提高到原来 的 2 5 倍以上 2 高热强性模具钢该类模具钢一般用于热挤压模 压型模 压锻 模等模具 由于模具与高温工件长时间接触 使模具本身温度升高 易造成模具型腔堆
13、塌 磨损 表面氧化和热疲劳 因此 要求模具钢 有较高的高温强度 硬度和热稳定性 良好的耐磨性和抗氧化性能 较高的抗热疲劳性能和断裂韧度 传统的热作模具钢 3Cr2w8V 当铸 锭较大 铸模温度过高而钢液过热时 钢锭中的元素偏析特别严重 共晶碳化物的数量会增多 因此 造成模具脆裂报废的事故也时有发 生 由于 3Cr2W8V 钢存在以上问题 国内根据模具不同用途引进和 研发了新的钢种 如引进的 4CrSMoSiVl H13 钢综合性能较好 有良 好的冷热疲劳抗力 被广泛应用于低于 600 的热挤压模和压铸模 其使用寿命有所提高 3Cr2M03V 类钢韧性较好 热强性和热稳定性 优于 H13 钢 国
14、内通过添加适量的 W 研制成功 3Cr3M03W2V HMl 钢 在保持该钢较好的强韧性条件下提高了其热稳定性 通过降低 Mo 和 V 的含量加入 1 Ni 和 0 15 又研制了 4Cr3M02VNiN6 钢 HD 提高了 钢的室温和高温韧性 热稳定性 在 700 时仍可保持 40HRC 的硬度 3 3 合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响 1 合金元素对加热时相转变的影响 对奥氏体形成速度的影响 Cr Mo W V 等强碳化物形成元素 与碳的亲合力大 形成难溶于奥氏体的合金碳化物 显著减慢奥氏体 形成速度 Co Ni 等部分非碳化物形成元素 因增大碳的扩散速度 使奥氏体的形成速度加快 Al
15、 Si Mn 等合金元素对奥氏体形成速度 影响不大 对奥氏体晶粒大小的影响 大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒 长大的作用 但影响程度不同 强烈阻碍晶粒长大的元素有 V Ti Nb Zr 等 中等阻碍晶粒长大的元素有 W Mn Cr 等 对晶粒长大影响不大的元素有 Si Ni Cu 等 促进晶粒长大的元素 Mn P 等 2 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响 除 Co 外 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性 推迟 珠光体类型组织的转变 使 C 曲线右移 即提高钢的淬透性 常用提 高淬透性的元素有 Mo Mn Cr Ni Si B 等 必须指出 加入的 合金元素 只有完全溶于奥氏体时 才能提
16、高淬透性 如果未完全溶解 则碳化物会成为珠光体的核心 反而降低钢的淬透性 另外 两种或 多种合金元素的同时加入 如 铬锰钢 铬镍钢等 比单个元素对淬 透性的影响要强得多 除 Co Al 外 多数合金元素都使 Ms 和 Mf 点下降 其作用大小 的次序是 Mn Cr Ni Mo W Si 其中 Mn 的作用最强 Si 实际 上无影响 Ms 和 Mf 点的下降 使淬火后钢中残余奥氏体量增多 残 余奥氏体量过多时 可进行冷处理 冷至 Mf 点以下 以使其转变为 马氏体 或进行多次回火 这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使 Ms Mf 点上升 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体 即发生所谓 二次淬火 4 关于关于 3Cr2W8V 钢研究钢研究 4 1 3Cr2W8V 钢研概述钢研概述 3Cr2W8V 钢是目前国内外广泛应用的热模具钢 模具的服役条件 极其恶劣 在高温状态承受强烈磨擦和高冲击力 要求材料具有高的 强韧性 抗热疲劳性和耐磨性 3Cr2W8V 钢含有较多碳化物形成元素 且铬 钨均能提高临界点和回火稳定性 因而具有较高的抗热疲劳性 和高温机械性能 但经常规热处理工艺处理的 3Cr2W8V
