热作模具钢专业学习笔记.doc

即hot stamping，press hardening，die quenching和hot pressing15-20。合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢（含量5），中合金钢（含量510），高合金钢（含量10）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等。铁素体不锈钢是在室温下以铁素体组织为主的铁2铬合金。这类钢不含镍或含少量镍,是一类节镍型不锈钢,具有良好的耐蚀性和抗氧化性能,其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢,但价格比奥氏体不锈钢低,广泛应用于家电、汽车和石油化工等行业。按钢中(碳+ 氮)含量,铁素体不锈钢可分为常规铁素体不锈钢 w(C + N) 0103 % ,超低碳铁素体不锈钢 w (C +N) 0103 % ,高纯铁素体不锈钢 w (C + N) 0102 %和超纯铁素体不锈钢 w (C + N) 0101 % 。2、如含硼钢板，在钢的组织转变时， 延迟铁素体和贝氏体的形核进而增加了钢的强度。3、瑞典律勒欧理工大学在2002 年采用Gleeble1500热模拟试验机对超高强度热冲压钢板22MnB5瑞典SSAB 公司开发了热轧硼钢板DocolBoron 02/Domex 024 B 和Docol Boron 04/Domex044B，其化学成分如表3 所示，材料淬火前后的性能如表4 所示。4、流动应力？5、通过测定裂纹的总面积及在试样表面所占的百分数（A%）、最宽主裂纹的宽度（Wmax）和热疲劳裂纹的总长度(L)，定义表面损伤因子Ds=AW/L；通过测定横截面上裂纹的面积（P%）、最深裂纹的深度（dmax）及5条主裂纹的平均深度（d5A，称为5强平均深度），定义裂纹深度损伤因子DdPdmax / d5A。以D=DsDd表示总的热疲劳损伤因子，D值越大表示热疲劳损伤程度越大。6、回火稳定性：硬度。什么可以影响？7、从这两处的能谱结果可知，这下白色的小圆圈就是V的碳化物。在基体组织中没有找到V，说明在这个钢中，绝大多数V都已经形成了碳化物，含V的碳化物均匀、弥散、细小地分部在马氏体基体上。这是这种钢与一般的H13钢的最大不同。通过前期对进口模具的研究发现，国外的H13钢的碳化物尺寸控制在450纳米以下，平均碳化物尺寸大概在300纳米左右，国内的H13钢目前还达不到这一水平。8、水韧处理： water toughening 定义：为了改善某些奥氏体钢的组织以提高韧性，将钢件加热到高温使过剩相溶解，然后水冷的热处理工艺。 水韧处理实际为一种固溶处理,常用于高锰钢，由于高锰钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少量的相变产物珠光体所组成。沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度（1050-1100，视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每25mm壁厚保温1h），使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中进行淬火，从而得到单一的奥氏体组织。.一般的水地韧处理为类高锰钢，主要用于承受冲击载荷工作的零件，其它如陆丰所言奥氏体表面在受到冲击作用时，产生强烈的加工硬化，当硬化层被磨崩掉后，又露出新鲜的奥氏体，重新硬化，如此反复因其有强烈的加工硬化，故不可采用机械加工方法成形，主要用铸造方法所得，所以为铸钢近年来有降低含锰量的做法，做出中锰钢，同样可以采用水韧处理主要用于，坦克推土机之履带，铁路扳叉等，还可用于强力抛丸机之内壁以增其耐磨性（一般厂家为节省成本不用此钢在抛发丸机上）中锰的可用于农业机械之脱粒机等场合在模具钢中，早期的（约年出版的书中就有此说法）双细化处理工艺第一步有时称之为水韧（或油韧）具体为在模具钢进行锻造后，在钢之点上，将钢淬入热水中（称水韧），淬入油中（称油韧），目的在于将碳化物大部分溶入奥氏体中，在淬火后重新高温回火后得到细而均匀的精粒状碳化物再进行正常（或比正常奥体化温度略低）加热淬火，以期提升模具的韧性，耐磨性9、含铌热作模具钢中碳化物的演变对热稳定性的影响SDH8Nb 钢是在H13 钢的基础上采用了降Si 增Mo 降V 的合金化思路进行了合金成分调整，同时加入了适量的Nb 元素，设计出的新钢种。10目前国内外尚无专门的适合热冲压成形的模具材料。世界顶级模具钢生产企业瑞典Uddeholm公司给出的建议是选用DIEVAR、HOTVAR或ORVAR，德国企业采用的是CR7V和1.2379，日本企业采用的是SKD61。国外通用的热作模具钢有3种类型，即低合金热作模具钢如55NiCrMoV6和56NiCrMoV7等，中合金热作模具钢如H13(4Cr5MoSiV1)和H11(4Cr5MoSiV)等，钨系钼系热作模具钢如H21(3Cr2W8V)、H10（3Cr3Mo3VSi）等。中合金高热强性热作模具钢该类钢一般是的基础上增加W、Mo、Co、Nb等元素，提高其高温性能。如美国的H10A（3Cr3Mo3Co3V）钢，瑞典的QRO80（3Cr3Mo2VMn）钢，该类钢与3Cr2W8V钢比较具有良好的高温强度和抗回火软化能力，在生产中使用效果良好。沉淀硬化型热作模具钢代表性钢号有：日本日立金属公司的YHD3、YHD26、YHD28，日本大同特殊钢公司的DH76（2Cr3Ni3V）等。美国的H10A(3Cr3Mo3Co3V)瑞典的QRO80M(3Cr3Mo2VMn)表1-3 几种典型热作模具钢的化学成分 (wt）table 1-3 Chemical composition of several typical hot die steels (wt%)钢种CSiMnCrMoVW3Cr2W8V0.300.400.40.42.202.70-0.200.50 7.509.00H130.320.450.801.20.250.54.755.501.11.750.81.2- QRO800.400.300.752.62.01.2-QRO900.380.300.752.62.250.90-DIEVAR0.380.200.505.02.360.55-HOTVAR0.551.000.752.62.250.85-QDH (日)0.420.400.404.22.50.50-经TEM分析可知，DM钢经过淬回火，组织中没有富Cr的大块碳化物，存在较多的是以V元素为主(同时存在W和Mo元素)的球状MC型碳化物，此类碳化物的大量析出有利于提高材料的抗回火软化能力和高温强度。为了满足性能要求，热作模具钢一般采用中碳钢（Wc=0.3-0.6%），既保证钢的塑性、韧性和导热性，又不降低钢的硬度、强度和耐磨性。加入合金元素Cr、W、Mo、Si等能提高钢的高温硬度、高温强度和回火稳定性，同时还有助于提高钢的临界点Ac1，从而避免模具在受热和冷却过程中产生相变组织应力，有助于提高钢的抗热疲劳性能6。6崔忠圻.金属学与热处理M.北京:机械工业出版社,1992,329-371.目前广泛生产和应用的H13钢也由于它的热稳定性能较差而限制了应用范围。12、4C r3M o2N i V N b（H D）钢是为了适应700左右工作温度而研制的新型高耐热性钢，H D钢是在4Cr3Mo3V钢的基础上，适当降低钢中Mo、V的含量，加入量为wNi1%、wNb0.15%，提高了钢的室温、高温韧性及热稳定性，在700仍可以保持40HRC的硬度。在硬度相同的条件下，HD钢比3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%，700高温时抗拉强度高70%，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出1倍和50%，用其制作的热挤压模具使用寿命也高于3Cr2W8V钢。13、宋雯雯论文SDH8Nb钢中的伪共晶碳化物主要为以Nb、V元素为主的MC型碳化物，和以Mo元素为主的M6C型碳化物。其中，V元素的MC型碳化物主要为V8C7；Mo元素的伪共晶碳化物为Fe3Mo3C；Nb元素主要以单独MC型伪共晶碳化物的形式存在，部分固溶或机械混合于V8C7中共晶碳化物:由于C及W、Mo等合金元素的偏析，在奥氏体枝晶间和晶界的钢液熔池中达到共晶成份时，在钢液中发生共晶反应，形成共晶碳化物呈网状分布在晶界上。 14、陈英伟：Si不溶于碳化物，除了提高钢的淬透性外，Si还有助于提高在高温回火过程中析出特殊碳化物的弥散度，但是D.Delagnes等人研究表明，Si元素含量较高，加速了渗碳体的溶解，促使热作模具钢在回火时大量的碳化物较早的析出，二次硬化峰向较低的温度移动35，15、NAK80模具钢的预硬化处理方法，其特征在于采用“热加工锻造成型淬火 回火”三步法工艺流程，生产硬度范围HRC38HRC43的NAK80析出强化塑料模具钢成品： 第一，热加工锻造成型工序：采用锻压机对NAK80模具钢热加工锻造变形，生产出尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材；技术要点是：(1)热加工锻造时，钢材终锻温度控制在860920的区间范围内，860920 温度范围内的热加工锻造变形量控制在1520；(2)其他，按常规工艺要求进行； 第二，淬火工序：将尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至150250； 第三，回火工序：将150250温度的模具钢钢材置入回火炉内，以 80100/h的升温速度将钢材加热至490560，保温26小时，保温时间根据用户要求的硬度HRC数值而定，然后，将钢材移出回火炉空冷至室温。16、在铁素体基体或其间分布着许多M/A岛？17、凡是偏聚于/相界又能使碳在-Fe中的活度ac下降的元素将产生类拖曳作用，延缓-转变，使曲线出现弯折。18、逆转变奥氏体：马氏体相变往往具有可逆性，即把马氏体（低温相）以足够快的速度加热，可以不经分解直接转变为高温相（母相）。母相向马氏体相转变开始、终了温度称为Ms、Mf；马氏体向母相逆转变开始、终了温度称为As、Af。具有马氏体逆转变，是Ms与As相差很小的合金，将其冷却到Ms点以下，马氏体晶核随温度下降逐渐长大，温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体叫热弹性马氏体。在此以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，形成的马氏体叫应力诱发马氏体。有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增加时马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马氏体叫应力弹性马氏体。应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应变也随之消失，这种现象称为超弹性（伪弹性）。母相受力生成马氏体并发生形变，或先淬火得到马氏体，然后使马氏体发生塑性变形，变形后的合金受热（温度高于As）时，马氏体发生逆转变，回复母相原始状态；温度升高至Af时，马氏体消失，合金完全回复到原来的形状，实际上这个就是形状记忆合金的原理，记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势强劲。在碳钢中，淬火获得马氏体后，再次加热到奥氏体化温度应该可以获得奥氏体，这种奥氏体不能叫逆转变奥氏体。一般材料很少提到逆变奥氏体，马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢时 见的可能多点。 1. 逆变奥氏体的形成(形核和长大)必须具备的条件：原生马氏体板条直到加热至稍高于Ac1点是稳定的。在略低于Ac1(As)点回火时，马氏体中过饱和的C部分以碳化物的形式在板条间界面弥散析出，使马氏体转变为回火马氏体。当回火温度升至稍高于As点时，逆变奥氏体相的核心就通过切变方式在此高Ni区直接生成，并沿板条界面纵向长大成极细的针条状逆变奥氏体。在-196，逆变奥氏体也是稳定的，可能因为其富集奥氏体化元素，很低的温度下也不发生转变。 2. 回火后样品中逆变奥氏体含量受两个因素控制：即高温时奥氏体转变量及其在回火冷却过程中的稳定性。As-Af之间回火时，室温得到的逆变奥氏体量随着回火温度的升高出现先增后减的趋势，中间存在最优化回火温度，能使室温逆变奥氏体量达到最大。热冲压成形22MnB5 钢板的组织和性能摘要: 采用扫描及透射电镜观察和力学性能实验研究了22MnB5 钢板热冲压成形件的组织形貌和力学性能。结果表明，加热温度930 ，保温4. 5 min，初始成形温度850 ，冲压速度75 mm / s 条件下，22MnB5 钢板热冲压成形完成完全马氏体转变，得到均匀板条马氏体组织，组织内产生高密度位错，强度大幅提升，抗拉强度达到1550 MPa。形变有助于动态再结晶并获得更为细小的马氏体组织，促进细晶强化。硼元素在晶界发生偏聚，延长奥氏体转变孕育期，提高了22MnB5 钢的淬透性，同时引起点阵畸变，促进相变强化。superior thermal fatigue resistance compared with nickel-base superalloys.44. A.M. Beltran: in Superalloys II, C.T. Sims, N.S. Stoloff, and W.C. Hagel,eds., John Wiley & Sons, New York, NY, 1987, pp. 135-63They usually consist of a matrix of cobalt solid solutions and a variety of precipitated phases such as carbides or intermetallic compounds.若锻打时停锻温度较高,冷却又较缓慢时,球化退火后组织中可能出现二次碳化物网络, 这些都是模具早期脆性开裂的主要原因, 也是国产H13 钢普遍存在的质量问题,因此要严格控制锻造工艺。由于具有均匀膨胀性, 并且在时效前易切削加工, 使得马氏体时效钢可用于装配线上的高磨损单元以及用作模具制造如锻模, 铝合金挤压模及工具材料。HTCS-130可借鉴：由图1可以估计, 合金在130 。 时,W 在y 相中的溶解度为20 多左右, 而在6 0 时, W在y 相中的溶解度仅为S 拓左右, 因而Fe 一W一Co 系具有强烈的时效硬化能力为了保证合金时效后具有高的硬度, 要求设计合金的马氏体转变终了温度在室温以上, 以保证淬火后没有残余奥氏体。对不含N i 的合金, 这是不成问题的。但加入减之后情况就可能不同了。W i is o n 川等在对含Ti 奥氏体钢的研究中, 用电阻法确认, 在不同温度范围出现不同沉淀。低于730, 通过调幅分解产生区域, 低于8 0 时, 区域的形成导致电阻上升, 当区域尺寸达10 埃时, 电阻达最大值, 过程的进一步发展则导致电阻下降。在8 40 以上, 区域消失而出现尹中间相, 其形貌与区域结构相同。时效硬化钢4、高强钢板热冲压的复杂性要克服热冲压缺陷的产生：诸如局部过分软化缩颈、破裂，起皱，马氏体转化不均匀等，还要实现最佳的奥氏体-马氏体化温度、最佳模内冷却速率、最佳成形压力、最佳保压时间等优化问题，这就需要从宏观和微观尺度进行诸如成形性分析、服役性能等进行深入研究和技术积累。广泛采用22MnB5高强度硼钢是目前从材料上实现热冲压的一种最优选择。该钢种初始抗拉强度介于400MPa600MPa之间，