熱處理工藝對(duì)新型熱作模具鋼組織與性能的影響

王斌 西南石油大學(xué)材料院 許瓊方 西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

引言

隨著當(dāng)前鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)能過剩，模具行業(yè)也獲得了發(fā)展。但是，在目前我國(guó)的模具主要是以模具鋼制作為主，質(zhì)量上與其他國(guó)家相比有一定的差距，所以，為了更好的對(duì)新型模具材料進(jìn)行優(yōu)化，我們要利用熱處理工藝對(duì)模具的性能進(jìn)行研究。同時(shí)，在進(jìn)行熱處理工藝應(yīng)用于模具的過程中，模具需要經(jīng)歷很大的多向應(yīng)力，同時(shí)，模具需要具備一定的強(qiáng)度硬度和熱疲勞抗性。因此，在本文中，我們通過試驗(yàn)來，對(duì)我們的熱作模具鋼成分進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)結(jié)果進(jìn)行討論“回火溫度對(duì)鋼強(qiáng)度、硬度、性能的影響”。

1 開展試驗(yàn)進(jìn)行新型熱作模具性能影響研究

我們?cè)谶M(jìn)行熱作模具鋼成分設(shè)計(jì)的過程中，要分成不同的小組，以元素添加來調(diào)整，把Cr、MO、Ni、W等元素添加進(jìn)入。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，我們配制合金，采用真空中的頻感應(yīng)爐進(jìn)行試煉，行成鋼錠，再進(jìn)行高溫菌化處理，鍛造成鋼胚，切割成不同的長(zhǎng)度進(jìn)行熱處理。首先在1030度進(jìn)行淬火，保持時(shí)間30分鐘，利用介質(zhì)是二十號(hào)的機(jī)油，然后再進(jìn)行下回火的過程中，溫度設(shè)定分別是500、550、600、650等，保持90分鐘，最后將我們熱處理后的樣品與我們的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核對(duì)、試驗(yàn)，分析它的性能，利用我們的電掃描電鏡、高科技顯微鏡、萬能試驗(yàn)機(jī)、充實(shí)驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)，洛氏硬度計(jì)等進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步進(jìn)行成分測(cè)量。

2 進(jìn)行結(jié)果分析與討論

2.1 熱作模具鋼強(qiáng)度受到回火溫度的影響分析

對(duì)于我們所研究的熱作模具鋼，它的性能有著高要求，特別是它的強(qiáng)度，在抵抗的過程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。那么，進(jìn)行樣品測(cè)量的過程中，在1030度淬火后，鋼的強(qiáng)度是進(jìn)行變化的。首先是位于500到600攝氏度時(shí)，它處于一個(gè)平臺(tái)期，隨著回火溫度的不斷升高，樣品的抗拉強(qiáng)度平衡，再繼續(xù)維持在一個(gè)水平，不同的熱作模具抵抗的能力是不同的，存在細(xì)微的差距。當(dāng)回火溫度超過650攝氏度后，熱作模具鋼樣品的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度開始緊急下降，我們對(duì)原因進(jìn)行分析是回火溫度的不斷升高，使得樣品中的鐵素體結(jié)晶長(zhǎng)大充分，同時(shí)，鋼中的碳化物不斷的進(jìn)行產(chǎn)出，材料的強(qiáng)度下降，當(dāng)回火的溫度不斷的在上升，殘余的應(yīng)力也被消除，還會(huì)分析出一些碳化物，使得在回火的過程中會(huì)出現(xiàn)再次硬化，使模具的強(qiáng)度稍微有一點(diǎn)上升。

2.2 回火溫度對(duì)熱作模具鋼硬度的影響分析

熱作模具鋼中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)指標(biāo)就是硬度。在進(jìn)行這種模具生成的過程中，熱作模具中所殘留的奧氏體的軟化筆所添加的合金元素所產(chǎn)生的硬化，效果還要明顯，所以，我們?cè)谶M(jìn)行恢復(fù)處理的過程中要進(jìn)行消除。通過我們對(duì)回火溫度與熱作模具鋼硬度的曲線進(jìn)行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)在500～600之間，它回火過程中會(huì)產(chǎn)生一定的硬度變化，抵消了馬氏體分解中所造成的硬度降低，因而，熱作模具鋼的硬度保持在一個(gè)水平線上。當(dāng)溫度不斷的在升高，達(dá)到650度攝氏度以上，它其中的所存在的固體會(huì)不斷的分解，形成的碳化物進(jìn)行聚集，導(dǎo)致硬度能夠急速下降。我們對(duì)不同的熱作模具、回火溫度的強(qiáng)度值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在550度時(shí)能保持較好的硬度性能。

2.3 熱作模具鋼耐高溫性能的探討

在熱作模具中一項(xiàng)關(guān)鍵的指標(biāo)也包含著耐高溫的性能。它能夠?qū)嶙髂＞咪撝械膹?qiáng)度和硬度值進(jìn)行平衡，同時(shí)能夠間接的反映熱作模具在使用過程中的耐高溫性能。所以，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中對(duì)熱作模具鋼的強(qiáng)度和硬度值進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)，根據(jù)我們的調(diào)查曲線可以顯示，當(dāng)我們?cè)囼?yàn)的溫度保持在200攝氏度以內(nèi)，是它的強(qiáng)度變化比較小，而隨著溫度不斷升高，在600攝氏度以內(nèi)時(shí)，會(huì)隨著我們溫度的升高，強(qiáng)度也在漸漸的下降；超過了600攝氏度，會(huì)急速下降。在對(duì)硬度進(jìn)行觀察的過程中，發(fā)現(xiàn)它超過了650度也會(huì)進(jìn)行急劇的下降，所以，我們可以發(fā)現(xiàn)原始的強(qiáng)度和硬度所保持的數(shù)值越高，能在高溫的條件的話，它也會(huì)越高，當(dāng)超過了溫度的限制，它們的強(qiáng)度和硬度也會(huì)有所下降。同時(shí)，我們也可以對(duì)內(nèi)部晶體在恢復(fù)過程中的結(jié)晶現(xiàn)象，進(jìn)行一定的阻止，更好的去提高制作模具中鋼的強(qiáng)度和硬度。

2.4 熱處理工藝下試驗(yàn)鋼的球化退火組織分析

我們進(jìn)行退火組織分析的過程中，主要是對(duì)不良因素進(jìn)行消除，同時(shí)，對(duì)球化的組織進(jìn)行均勻，減少鋼中出現(xiàn)的一些變形和開裂的缺點(diǎn)，能進(jìn)一步使切削性與冷加工的效果進(jìn)行改善。我們?cè)谠囼?yàn)鋼的退火中利用的是球化退火，這樣可以有利于對(duì)滲透體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睿玫倪M(jìn)行切削加工，為淬火處理提供好的組織，使它的界面硬度能夠在一個(gè)平衡的范圍內(nèi)，保持它的優(yōu)良效果，符合我們的標(biāo)準(zhǔn)。我們利用我們的電子顯微鏡，進(jìn)行退火顯微組織的觀察，發(fā)現(xiàn)片中的珠光體并沒有存在說明，球化效果很好。我們又通過掃描電鏡觀察，試驗(yàn)鋼退火組織的形貌，可以發(fā)現(xiàn)他們的計(jì)劃是比較均勻的，其中還分布著一些探求中碳化物。

2.5 試驗(yàn)鋼的淬、回火沖擊性能分析

新型熱作模具在使用的過程中需要保持好的橫向沖擊性能，這樣才能夠更好的加大對(duì)鋼材的利用，使得利用效果達(dá)到最大化，使沖擊性提高，同時(shí)，也能減少熱疲勞裂紋的發(fā)生，我們?cè)趯?duì)試驗(yàn)鋼的橫向沖擊能力進(jìn)行測(cè)驗(yàn)的過程中，與其他的組織和碳化物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，取截面中心進(jìn)行淬、回火處理后的沖擊，對(duì)平均值進(jìn)行測(cè)量。我們發(fā)現(xiàn)若處理后的硬度是保持在45-46HRC，同時(shí)試驗(yàn)鋼的邊距和中心處的沖擊力度也存在一定的差異。

2.6 對(duì)淬、回火組織及硬度曲線進(jìn)行分析

退火組織中進(jìn)行淬火熱處理，可以使之更好的融合在奧氏體的組織中，淬火后所得到的組織和曲線。我們的試驗(yàn)鋼淬火是保持在500～1020的溫度區(qū)間內(nèi)，對(duì)它的沖擊值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)使試驗(yàn)鋼的截面中心處的形貌來進(jìn)行觀察，更好的觀察它的組織。

3 結(jié)束語

我們?yōu)榱耸剐滦蜔嶙髂＞吣軌颢@得更好的性能和穩(wěn)定的組織，對(duì)熱處理工藝進(jìn)行應(yīng)用，使得提高新型熱作模具的沖擊和斷裂韌性。在通過試驗(yàn)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)鋼在經(jīng)過球化退火后，它的球化效果保持在一個(gè)良好的狀態(tài)，也符合我們的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，橫向沖擊韌性也超過了標(biāo)準(zhǔn)中的平均值。隨著溫度的升高，它的硬度和強(qiáng)度先上升后下降，最佳的溫度保持在1030攝氏度，隨著回火溫度的升高，并沒有出現(xiàn)二次硬化的現(xiàn)象。這說明我們當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是非常好的，同時(shí)，應(yīng)用熱處理工藝對(duì)新型的熱作模具鋼組織與性能的影響，也是比較符合我們的標(biāo)準(zhǔn)的。