熱處理工藝對模具鋼的研究范文

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模具的質量對于壓力加工工藝及其產品的質量影響很大，為提高模具的質量必須對模具鋼的熱處理工藝進行不斷深入的研究[1]。熱處理對金屬的微觀組織以及力學性能產生重要影響，因此選擇合適的熱處理工藝對模具鋼的生產尤為重要[2]。本文通過研究不同的淬火和回火溫度對模具鋼組織及性能的影響，優化工藝參數，為模具鋼的生產提供科學依據。

1試驗材料與方法

模具鋼的化學成分如表1所示，其制備過程為：在200kg真空感應熔煉爐中把熔煉，再澆鑄成直徑為80mm的圓鑄棒，以5-6的鍛造比進行鍛造，最后進行850℃退火熱處理。選取1000、1050、1100、1150℃為淬火溫度[3]，介質為油，再在520、540、560、580、600、620、640℃溫度下進行兩次時間為2h的回火，最后空冷。利用光學顯微鏡和掃瞄面電鏡對試樣的組織形貌進行觀察，并測量其洛氏硬度。以860℃淬火、160℃回火的特殊鋼材作為摩擦輪，摩擦輪壓力200N，轉速200r/min。.

2試驗結果與分析

2.1淬火溫度對的微觀組織影響圖1是試驗鋼在不同的溫度下淬火后的金相組織。可以看出，在較低的淬火溫度下，試驗鋼組織中存在有很多大尺寸碳化物，這是因為C原子在低溫下的擴散速度較慢，導致碳化物溶解不完全。經1000℃淬火后，可以觀察到試驗鋼中因鍛造而形成的帶狀組織，且存在嚴重偏析；經1100℃淬火后，組織較為均勻，晶粒較小[4]；經1150℃淬火時，有粗大片狀以及條狀馬氏體出現。這說明淬火溫度較高時元素擴散速度增加，合金碳化物溶解越充分，奧氏體晶粒長大速度加快，淬火馬氏體組織粗化。試驗鋼在不同的淬火溫度下的掃描電鏡組織如圖2所示。可以看出，試驗鋼淬火后形成了淬火馬氏體。經1000和1050℃淬火后的試樣由于淬火溫度低，導致碳化物溶解不完全，組織中出現了較大尺寸的碳化物，且晶粒尺寸較小。當淬火溫度增加至1100℃時，只有少量小尺寸的碳化物出現，當達到1150℃時，碳化物已經完全消失。

2.2淬火溫度對試樣性能的影響在不同的淬火溫度條件下處理后試樣的洛氏硬度值如圖3所示。隨著淬火溫度的升高，試驗鋼硬度先增加后降低，在1100℃時取得最大值。試驗鋼在不同溫度下淬火并研磨15h后的質量損失如圖4所示。經1050℃淬火后，試驗鋼的磨損量最大。由于鋼鐵試樣的組織對其磨損量和硬度的變化影響很大，淬火溫度越高，淬火后馬氏體的含碳量也就越高，因為馬氏體對鋼鐵具有固溶強化作用，所以硬度也就越高，磨損量降低。由于提高了淬火溫度，試驗鋼的微觀組織變得更加均勻，降低了偏析系數，提高了強度。

2.3回火溫度對微觀組織影響取1100℃淬火后的試驗鋼在不同溫度回火后的金相組織如圖5。在520℃回火時，試驗鋼組織中出現回火馬氏體，并在基體上析出細小的碳化物。當提高回火溫度，析出的碳化物尺寸變大，數目增多，回火馬氏體數量變少。在620℃回火時，碳化物尺寸變大，無回火馬氏體出現，出現回火索氏體。當回火溫度較低時，析出的碳化物所占體積分數小，并且尺寸也小。

3結論

（1）隨著淬火溫度的升高，試驗鋼硬度先升高后降低，在1100℃時取得最大值。隨著回火溫度的升高，試驗鋼硬度增大，當回火溫度為560℃時，試驗鋼硬度和耐磨性最高。（2）試驗鋼最優的熱處理工藝為：1100℃油淬火后進行2h的560℃回火。

作者：高茂濤 單位：柳州職業技術學院 機電工程系