热处理工艺对新型热作模具钢组织与性能的影响

王斌 西南石油大学材料院 许琼方 西南石油大学材料科学与工程学院

引言

随着当前钢铁行业的不断发展，产能过剩，模具行业也获得了发展。但是，在目前我国的模具主要是以模具钢制作为主，质量上与其他国家相比有一定的差距，所以，为了更好的对新型模具材料进行优化，我们要利用热处理工艺对模具的性能进行研究。同时，在进行热处理工艺应用于模具的过程中，模具需要经历很大的多向应力，同时，模具需要具备一定的强度硬度和热疲劳抗性。因此，在本文中，我们通过试验来，对我们的热作模具钢成分进行分析，同时根据结果进行讨论“回火温度对钢强度、硬度、性能的影响”。

1 开展试验进行新型热作模具性能影响研究

我们在进行热作模具钢成分设计的过程中，要分成不同的小组，以元素添加来调整，把Cr、MO、Ni、W等元素添加进入。在进行实验的过程中，我们配制合金，采用真空中的频感应炉进行试炼，行成钢锭，再进行高温菌化处理，锻造成钢胚，切割成不同的长度进行热处理。首先在1030度进行淬火，保持时间30分钟，利用介质是二十号的机油，然后再进行下回火的过程中，温度设定分别是500、550、600、650等，保持90分钟，最后将我们热处理后的样品与我们的国家标准进行核对、试验，分析它的性能，利用我们的电扫描电镜、高科技显微镜、万能试验机、充实验机、冲击试验机，洛氏硬度计等进行测试，进一步进行成分测量。

2 进行结果分析与讨论

2.1 热作模具钢强度受到回火温度的影响分析

对于我们所研究的热作模具钢，它的性能有着高要求，特别是它的强度，在抵抗的过程中会产生热应力。那么，进行样品测量的过程中，在1030度淬火后，钢的强度是进行变化的。首先是位于500到600摄氏度时，它处于一个平台期，随着回火温度的不断升高，样品的抗拉强度平衡，再继续维持在一个水平，不同的热作模具抵抗的能力是不同的，存在细微的差距。当回火温度超过650摄氏度后，热作模具钢样品的抗拉强度和屈服强度开始紧急下降，我们对原因进行分析是回火温度的不断升高，使得样品中的铁素体结晶长大充分，同时，钢中的碳化物不断的进行产出，材料的强度下降，当回火的温度不断的在上升，残余的应力也被消除，还会分析出一些碳化物，使得在回火的过程中会出现再次硬化，使模具的强度稍微有一点上升。

2.2 回火温度对热作模具钢硬度的影响分析

热作模具钢中非常关键的一项指标就是硬度。在进行这种模具生成的过程中，热作模具中所残留的奥氏体的软化笔所添加的合金元素所产生的硬化，效果还要明显，所以，我们在进行恢复处理的过程中要进行消除。通过我们对回火温度与热作模具钢硬度的曲线进行研究的过程中，发现在500～600之间，它回火过程中会产生一定的硬度变化，抵消了马氏体分解中所造成的硬度降低，因而，热作模具钢的硬度保持在一个水平线上。当温度不断的在升高，达到650度摄氏度以上，它其中的所存在的固体会不断的分解，形成的碳化物进行聚集，导致硬度能够急速下降。我们对不同的热作模具、回火温度的强度值进行分析，发现在550度时能保持较好的硬度性能。

2.3 热作模具钢耐高温性能的探讨

在热作模具中一项关键的指标也包含着耐高温的性能。它能够对热作模具钢中的强度和硬度值进行平衡，同时能够间接的反映热作模具在使用过程中的耐高温性能。所以，我们在实验中对热作模具钢的强度和硬度值进行了进一步的试验，根据我们的调查曲线可以显示，当我们试验的温度保持在200摄氏度以内，是它的强度变化比较小，而随着温度不断升高，在600摄氏度以内时，会随着我们温度的升高，强度也在渐渐的下降；超过了600摄氏度，会急速下降。在对硬度进行观察的过程中，发现它超过了650度也会进行急剧的下降，所以，我们可以发现原始的强度和硬度所保持的数值越高，能在高温的条件的话，它也会越高，当超过了温度的限制，它们的强度和硬度也会有所下降。同时，我们也可以对内部晶体在恢复过程中的结晶现象，进行一定的阻止，更好的去提高制作模具中钢的强度和硬度。

2.4 热处理工艺下试验钢的球化退火组织分析

我们进行退火组织分析的过程中，主要是对不良因素进行消除，同时，对球化的组织进行均匀，减少钢中出现的一些变形和开裂的缺点，能进一步使切削性与冷加工的效果进行改善。我们在试验钢的退火中利用的是球化退火，这样可以有利于对渗透体转变为球状，更好的进行切削加工，为淬火处理提供好的组织，使它的界面硬度能够在一个平衡的范围内，保持它的优良效果，符合我们的标准。我们利用我们的电子显微镜，进行退火显微组织的观察，发现片中的珠光体并没有存在说明，球化效果很好。我们又通过扫描电镜观察，试验钢退火组织的形貌，可以发现他们的计划是比较均匀的，其中还分布着一些探求中碳化物。

2.5 试验钢的淬、回火冲击性能分析

新型热作模具在使用的过程中需要保持好的横向冲击性能，这样才能够更好的加大对钢材的利用，使得利用效果达到最大化，使冲击性提高，同时，也能减少热疲劳裂纹的发生，我们在对试验钢的横向冲击能力进行测验的过程中，与其他的组织和碳化物的标准进行对比，根据相关的标准试验，取截面中心进行淬、回火处理后的冲击，对平均值进行测量。我们发现若处理后的硬度是保持在45-46HRC，同时试验钢的边距和中心处的冲击力度也存在一定的差异。

2.6 对淬、回火组织及硬度曲线进行分析

退火组织中进行淬火热处理，可以使之更好的融合在奥氏体的组织中，淬火后所得到的组织和曲线。我们的试验钢淬火是保持在500～1020的温度区间内，对它的冲击值与标准值进行测量，同时使试验钢的截面中心处的形貌来进行观察，更好的观察它的组织。

3 结束语

我们为了使新型热作模具能够获得更好的性能和稳定的组织，对热处理工艺进行应用，使得提高新型热作模具的冲击和断裂韧性。在通过试验的过程中，我们发现试验钢在经过球化退火后，它的球化效果保持在一个良好的状态，也符合我们的标准。同时，横向冲击韧性也超过了标准中的平均值。随着温度的升高，它的硬度和强度先上升后下降，最佳的温度保持在1030摄氏度，随着回火温度的升高，并没有出现二次硬化的现象。这说明我们当前的实验结果是非常好的，同时，应用热处理工艺对新型的热作模具钢组织与性能的影响，也是比较符合我们的标准的。