工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料的新型熱處理工藝研究

郭國(guó)誼

摘要：工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料的熱處理工藝，對(duì)于模具的使用壽命以及使用性能有著非常大的影響。不同的熱處理工藝會(huì)影響到模具的高溫強(qiáng)度以及沖擊韌度。本文依照工業(yè)設(shè)計(jì)用模具的特殊工作環(huán)境條件，結(jié)合模具失效問題出現(xiàn)的原因，探討了工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料的新型熱處理工藝。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)；模具鋼材料；熱處理

中圖分類號(hào)：TG161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）11 （A）-0000-00

一、工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料的組成設(shè)計(jì)

1.鋼材料組成設(shè)計(jì)原則

在采用3Gr3W8V鋼材料時(shí)，由于其中包含有相對(duì)多的W元素，所以制作出的模具有著非常優(yōu)異的高溫強(qiáng)度。不過其沖擊韌性相對(duì)不足，極易出現(xiàn)早期的開裂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致模具失效而無法使用。在此基礎(chǔ)之上，科研人員又研制開發(fā)了HM1型鋼材料，此種鋼材料采用更為適宜的W含量，同時(shí)向鋼材料中加入了Mo元素，這樣不僅可以確保鋼材料擁有非常優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，同時(shí)也極大的提升了鋼材料的沖擊韌性。不過，采用HM1型鋼材料制作工業(yè)設(shè)計(jì)用模具時(shí)，易出現(xiàn)高溫強(qiáng)度偏低的問題，而導(dǎo)致堆塌現(xiàn)象的出現(xiàn)，使模具失效。所以，根據(jù)模具在使用過程中的環(huán)境條件，為了使模具可以承受更大的載荷作用，通過科學(xué)配置不同元素之間的比例，讓制作出的模具可以擁有非常優(yōu)良的高溫強(qiáng)度，并且也能顯著的改善模具的沖擊韌性，這就是在設(shè)計(jì)模具材料組成時(shí)需要遵循的原則。

2.合金的成分

不同的合金組成情況，會(huì)對(duì)模具的使用周期以及力學(xué)性能產(chǎn)生非常大的影響。此次在HM1型鋼材料的基礎(chǔ)上，通過調(diào)配C元素、Mo元素、W素以及Nb元素等合金物質(zhì)的比例，開發(fā)出具有更加優(yōu)良性能的工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料。

二、新型熱處理工藝

1.C曲線的測(cè)定

要想更加科學(xué)、合理的制定鋼材料采用何種熱處理工藝，就應(yīng)當(dāng)事先掌握所使用材料的相變規(guī)律情況。所采用鋼材料的C曲線如圖1所示。

所采用的鋼材料不斷的加熱，使其結(jié)構(gòu)由鐵素體會(huì)逐漸的轉(zhuǎn)換為奧氏體，其轉(zhuǎn)換溫度值為Ac=928℃。而鋼材料結(jié)構(gòu)組成中，珠光體轉(zhuǎn)換為奧氏體的溫度值則為Ac1=847℃。馬氏體轉(zhuǎn)換為奧氏體的溫度值是Ms=375℃。

2.熱處理工藝和鋼材料的性能特征

依照所得鋼材料的C曲線，同時(shí)結(jié)合模具工作環(huán)境對(duì)鋼材料的特殊要求，對(duì)鋼材料進(jìn)行淬火時(shí)所選擇的溫度區(qū)間為1050℃-1120℃，所選擇的回火溫度區(qū)間為560℃-640℃。如果在淬火的過程中，溫度超過1150℃，那么會(huì)極易導(dǎo)致鋼材料中出現(xiàn)較大的晶粒，從而導(dǎo)致鋼材料的力學(xué)性能極大的降低。所以，高出1150℃的溫度范圍，不應(yīng)當(dāng)選用。為了進(jìn)一步的了解鋼材料在經(jīng)過淬火操作以及回火操作后所具有的特性，再次分別選擇溫度值為1050℃、1080℃、1100℃以及1020℃對(duì)鋼材料進(jìn)行淬火處理，分別選擇溫度值為560℃、580℃、600℃、620℃以及640℃對(duì)鋼材料進(jìn)行回火處理，其處理后所具有的力學(xué)性能。

鋼材料在溫度值為600℃以及620℃的回火處理后發(fā)生了非常顯著的二次硬化現(xiàn)象，使鋼材料的硬度增加到了52HRC-57HRC。而經(jīng)過溫度值為640℃的回火處理后，鋼材料的硬度則出現(xiàn)了直線下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵阡摬牧侠锩嫣砑恿薓o元素以及V元素。Mo元素在鋼材料中是存在于非常細(xì)小的一些碳化物之中，對(duì)于鋼材料的二次硬化是非常有利的。而V元素則更加的有利于鋼材料中V4C3物質(zhì)的彌散強(qiáng)化，能夠把更大量的Gr元素以及Mo元素融進(jìn)鋼材料之中，對(duì)于Gr所形成的碳化物析出問題有著明顯的抑制作用，使基體擁有更加好的固溶性能，進(jìn)而使鋼材料擁有了更優(yōu)良的高溫強(qiáng)度以及更加穩(wěn)定的回火性能。當(dāng)鋼材料經(jīng)過600℃以及620℃的回火處理后，鋼材料會(huì)擁有更加高的強(qiáng)度值。而在經(jīng)過640℃的回火處理后，卻可以使鋼材料至自身的伸長(zhǎng)率有所改善。在經(jīng)過640℃的回火處理后，鋼材料的強(qiáng)度以及硬度都不能滿足模具使用環(huán)境條件的相關(guān)要求，所以，不應(yīng)當(dāng)采用此溫度作為回火溫度。

鋼材料在1120℃溫度值的淬火處理以及在620℃溫度值的回火處理后，其擁有最為優(yōu)良的強(qiáng)度以及硬度，同時(shí)鋼材料也具備非常優(yōu)良的沖擊韌性。在實(shí)際中，為了更具有可控性，應(yīng)當(dāng)選用的最佳淬火溫度區(qū)間為1080℃-1120℃，最佳回火溫度區(qū)間為600℃-620℃。

3.回火后鋼材料的組織構(gòu)成

對(duì)鋼材料在經(jīng)過淬火以及回火處理后進(jìn)行組織構(gòu)成分析得出，鋼材料在經(jīng)過溫度值為1080℃-1120℃的淬火以及溫度值為600℃-620℃的回火處理后，其組織可以分成四種，分別為：半條形狀的馬氏體組織、馬貝復(fù)相組織、非常細(xì)微且均勻分布的碳化物以及極微少的奧氏體組織。而鋼材料中主要包含板條狀的馬氏體以及下貝氏體組織，會(huì)使鋼材料具有較為優(yōu)良的韌性。并且，鋼材料中也分布著非常細(xì)微的碳化物，這樣可以使鋼材料的彌散強(qiáng)度得以強(qiáng)化。鋼材料所具有的硬度值會(huì)受到多個(gè)方面的因素作用，其中最為主要的是鋼材料中不同元素所具有的硬化作用以及少量奧氏體所具有的軟化作用。由于奧氏體帶來的軟化現(xiàn)象以及晶界弱化問題，而最終使鋼材料表現(xiàn)出了具有較低的硬度以及強(qiáng)度。所以，在對(duì)鋼材料進(jìn)行淬火處理時(shí)，其溫度應(yīng)當(dāng)控制在1150℃之內(nèi)。進(jìn)行回火處理時(shí)，其溫度應(yīng)該控制在640℃之內(nèi)。所以，對(duì)鋼材料的熱處理工藝中，把淬火溫度設(shè)定為1080℃-1120℃之間，而把回火溫度設(shè)定為600℃-620℃之間。

三、新型熱處理工藝的應(yīng)用效果

采用新的熱處理工藝，對(duì)鋼材料進(jìn)行熱處理，經(jīng)過近2年的時(shí)間跟蹤，其表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能。通過新熱處理工藝處理后的鋼材料，所制作的工業(yè)設(shè)計(jì)用模具，其使用周期要比之前的模具延長(zhǎng)1.5倍左右。當(dāng)模具使用超過5000次后，也未發(fā)現(xiàn)有裂紋以及堆塌的問題，具有非常好的應(yīng)用效果。

四、結(jié)論

本文在對(duì)鋼材料進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)之上，采用了全新的熱處理工藝，并找出了最佳的熱處理?xiàng)l件，即在溫度值為1080℃-1120℃的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行淬火處理。在溫度值為600℃-620℃的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行兩次回火處理。這樣可以使工業(yè)設(shè)計(jì)用模具鋼材料擁有更為優(yōu)良的高溫性能，其實(shí)際應(yīng)用也具有非常好的效果。

參考文獻(xiàn)

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