3Cr2W8V压铸模具热处理工艺设计.docx

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1、1引言22模具钢献22.1模具钢定义22.2模具钢的分类32.3国内外模具钢探讨现状52.3.1国内模具钢现状.5国外模具钢的现状.53热作模具钢相关理论综述63.1 热作模具钢定义63.2 热作模具钢分类63.3 合金元素对钢的影响74关于3CR2W8V钢探讨81.1 3CR2W8V钢研概述81.2 3Cr2W8V钢探讨现状95 .热处理设备及选择115.1 硬度测定设备及选择.125.2 金相分析设备.155.3 热处理工艺方法及选择.166 .热处理工艺制度制定216.1 等温球化退火工艺的制定.216.2 淬火工艺的制定.226.3 回火工艺的制定.247结果及分析257.1 硬度25

2、7.2 金相分析287.3 合金元素对3Cr2W8V影响318与相关热处理进行比较329结论37参考文献38致谢401引言现在随着机械制造业的发展，模具工业得到了快速发展，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取决于模具工业的发展水平。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，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性。3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素，且铝、鸨均能提高临界点和回火稳定性，因而具有较高的抗热疲惫性和高温

3、机械性能，但常常规热处理工艺处理后的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断，降低了模具的运用寿命,给生产带来严峻影响，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，满意服役条件的要求，提高模具寿命，因而本课题旨在探讨合金元素和热处理制度对3Cr2W8V钢组织和性能的影响，希望能够得到更好的工艺来满意工业生产中对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2.1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。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

4、的主要加工工具。模具的质量干脆影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与运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模具钢的分类世界上习惯把模具钢按用途归为三大类（依据模具材料运用的条件）：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、冷锁模和冷挤压模等。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080%以上，铭是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于

5、5%。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢,最高倍质量分数可达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，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高倍钢、铭铝钢、中碳铭鸨钏钢等。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、热疲惫稳定性、导热性和耐蚀性,此外还要求具有

6、较高的淬透性，以保证整个截面具有一样的力学性能。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(如鸨、铝、钗等)而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铭锦钢、铭银钢、铭鸨钢等。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肯定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。止匕外，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态稳定等。一般状况

7、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，从一般钢材到专用钢才都有。这在塑料模具初期更加明显，如今已日趋正规和高级。特地用钢己自成体系，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)为避开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)协作预硬化钢、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

8、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，塑模钢的性能应依据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。2.3国内外模具钢探讨现状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CrI2、Crl2MoVCrWMn3O2W8V、5CrMnMo.5CrNiMo、45、

9、40Cr等。其中CrI2、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。模具运用寿命较低，特殊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。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叫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。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。这些钢的运用性能较好，

10、由于合金工具钢标准比较完善合理，针对性较强，具有肯定的先进性、代表性，在国际上信誉较高,而被世界各国广泛采纳。形成国际上的通用化趋势。此外，国外也不断地研制新钢种。以满意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3.1 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，随着模块截面

11、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匀称性。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3Cr2MoWVNi5Cr2NiMoVSi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M。的含量并加入适量的Si,从而提高了钢的淬透性。一般状况下，这种热作热锻模运用其寿命是5CrNiMo钢热锻模具的1.52倍，经渗氮后其运用寿命可提高到原来的2.5倍以上。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，使模具本身温度上升，易造成模具型腔堆塌、磨损、表面氧化和热疲惫。因此，要求模具钢有较高的高温

12、强度、硬度和热稳定性、良好的耐磨性和抗氧化性能、较高的抗热疲惫性能和断裂韧度。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殊严峻，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，国内依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。有良好的冷热疲惫抗力，被广泛应用于低于600C的热挤压模和压铸模。其运用寿命有所提高。3Cr2M03V类钢韧性较好、热强性和热稳定性优于H13钢。国内通过添加适量的W研制胜利3Cr3M03W2V(HMl)钢，在保持该钢较好的强韧性条

13、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)提高了钢的室温柔高温韧性、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(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；AkSi、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挡奥氏体晶粒长大的作用，但影响程度不同。剧烈阻碍晶粒长大

14、的元素有：V、Ti.NbZr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C。外，几乎全部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、MnCr.Ni.Si、B等。必需指出，加入的合金元素，只有完全溶于奥氏体时，才能提高淬透性。假如未完全溶解，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，铭镒钢、铭银钢等），比单个元素对淬透性的影响要强得多。除Co、Al外

15、，多数合金元素都使Ms和Mf点下降。其作用大小的次序是：MnCr、Ni、Mo、W、Sio其中Mn的作用最强，Si事实上无影响。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3Cr2W8V钢探讨1.1 3Cr2W8V钢斫概述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，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性，3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素，且铭、鸨均能提高临界点和回火稳定性，因而具有较高的抗热疲惫性和高温机械性能，但常常规热处理工艺处理的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断，降低了模具的运用寿命，给生产带来严峻影响，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,满意服役条件的要求,提高模具寿命。化学成分3Cr2W8V钢的化学成分示于表4.1。表4.13Cr2W8V钢的化学成分w%CCrWVSiMnPS0.30-0.400.2-0.50.40.40.030.03(