熱處理工藝對新型熱作模具鋼組織與性能的影響

王斌 西南石油大學材料院 許瓊方 西南石油大學材料科學與工程學院

引言

隨著當前鋼鐵行業的不斷發展，產能過剩，模具行業也獲得了發展。但是，在目前我國的模具主要是以模具鋼制作為主，質量上與其他國家相比有一定的差距，所以，為了更好的對新型模具材料進行優化，我們要利用熱處理工藝對模具的性能進行研究。同時，在進行熱處理工藝應用于模具的過程中，模具需要經歷很大的多向應力，同時，模具需要具備一定的強度硬度和熱疲勞抗性。因此，在本文中，我們通過試驗來，對我們的熱作模具鋼成分進行分析，同時根據結果進行討論“回火溫度對鋼強度、硬度、性能的影響”。

1 開展試驗進行新型熱作模具性能影響研究

我們在進行熱作模具鋼成分設計的過程中，要分成不同的小組，以元素添加來調整，把Cr、MO、Ni、W等元素添加進入。在進行實驗的過程中，我們配制合金，采用真空中的頻感應爐進行試煉，行成鋼錠，再進行高溫菌化處理，鍛造成鋼胚，切割成不同的長度進行熱處理。首先在1030度進行淬火，保持時間30分鐘，利用介質是二十號的機油，然后再進行下回火的過程中，溫度設定分別是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家標準進行核對、試驗，分析它的性能，利用我們的電掃描電鏡、高科技顯微鏡、萬能試驗機、充實驗機、沖擊試驗機，洛氏硬度計等進行測試，進一步進行成分測量。

2 進行結果分析與討論

2.1 熱作模具鋼強度受到回火溫度的影響分析

對于我們所研究的熱作模具鋼，它的性能有著高要求，特別是它的強度，在抵抗的過程中會產生熱應力。那么，進行樣品測量的過程中，在1030度淬火后，鋼的強度是進行變化的。首先是位于500到600攝氏度時，它處于一個平臺期，隨著回火溫度的不斷升高，樣品的抗拉強度平衡，再繼續維持在一個水平，不同的熱作模具抵抗的能力是不同的，存在細微的差距。當回火溫度超過650攝氏度后，熱作模具鋼樣品的抗拉強度和屈服強度開始緊急下降，我們對原因進行分析是回火溫度的不斷升高，使得樣品中的鐵素體結晶長大充分，同時，鋼中的碳化物不斷的進行產出，材料的強度下降，當回火的溫度不斷的在上升，殘余的應力也被消除，還會分析出一些碳化物，使得在回火的過程中會出現再次硬化，使模具的強度稍微有一點上升。

2.2 回火溫度對熱作模具鋼硬度的影響分析

熱作模具鋼中非常關鍵的一項指標就是硬度。在進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生的硬化，效果還要明顯，所以，我們在進行恢復處理的過程中要進行消除。通過我們對回火溫度與熱作模具鋼硬度的曲線進行研究的過程中，發現在500～600之間，它回火過程中會產生一定的硬度變化，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水平線上。當溫度不斷的在升高，達到650度攝氏度以上，它其中的所存在的固體會不斷的分解，形成的碳化物進行聚集，導致硬度能夠急速下降。我們對不同的熱作模具、回火溫度的強度值進行分析，發現在550度時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

在熱作模具中一項關鍵的指標也包含著耐高溫的性能。它能夠對熱作模具鋼中的強度和硬度值進行平衡，同時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，我們在實驗中對熱作模具鋼的強度和硬度值進行了進一步的試驗，根據我們的調查曲線可以顯示，當我們試驗的溫度保持在200攝氏度以內，是它的強度變化比較小，而隨著溫度不斷升高，在600攝氏度以內時，會隨著我們溫度的升高，強度也在漸漸的下降；超過了600攝氏度，會急速下降。在對硬度進行觀察的過程中，發現它超過了650度也會進行急劇的下降，所以，我們可以發現原始的強度和硬度所保持的數值越高，能在高溫的條件的話，它也會越高，當超過了溫度的限制，它們的強度和硬度也會有所下降。同時，我們也可以對內部晶體在恢復過程中的結晶現象，進行一定的阻止，更好的去提高制作模具中鋼的強度和硬度。

2.4 熱處理工藝下試驗鋼的球化退火組織分析

我們進行退火組織分析的過程中，主要是對不良因素進行消除，同時，對球化的組織進行均勻，減少鋼中出現的一些變形和開裂的缺點，能進一步使切削性與冷加工的效果進行改善。我們在試驗鋼的退火中利用的是球化退火，這樣可以有利于對滲透體轉變為球狀，更好的進行切削加工，為淬火處理提供好的組織，使它的界面硬度能夠在一個平衡的范圍內，保持它的優良效果，符合我們的標準。我們利用我們的電子顯微鏡，進行退火顯微組織的觀察，發現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，試驗鋼退火組織的形貌，可以發現他們的計劃是比較均勻的，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鋼材的利用，使得利用效果達到最大化，使沖擊性提高，同時，也能減少熱疲勞裂紋的發生，我們在對試驗鋼的橫向沖擊能力進行測驗的過程中，與其他的組織和碳化物的標準進行對比，根據相關的標準試驗，取截面中心進行淬、回火處理后的沖擊，對平均值進行測量。我們發現若處理后的硬度是保持在45-46HRC，同時試驗鋼的邊距和中心處的沖擊力度也存在一定的差異。

2.6 對淬、回火組織及硬度曲線進行分析

退火組織中進行淬火熱處理，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。我們的試驗鋼淬火是保持在500～1020的溫度區間內，對它的沖擊值與標準值進行測量，同時使試驗鋼的截面中心處的形貌來進行觀察，更好的觀察它的組織。

3 結束語

我們為了使新型熱作模具能夠獲得更好的性能和穩定的組織，對熱處理工藝進行應用，使得提高新型熱作模具的沖擊和斷裂韌性。在通過試驗的過程中，我們發現試驗鋼在經過球化退火后，它的球化效果保持在一個良好的狀態，也符合我們的標準。同時，橫向沖擊韌性也超過了標準中的平均值。隨著溫度的升高，它的硬度和強度先上升后下降，最佳的溫度保持在1030攝氏度，隨著回火溫度的升高，并沒有出現二次硬化的現象。這說明我們當前的實驗結果是非常好的，同時，應用熱處理工藝對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準的。