压铸铜合金模具钢的变质处理及热稳定性研究

摘要

3Cr2W8V是一种高耐热性热作模具钢，由于其含有较多的合金元素如W、Cr、V，在铸态下碳化物呈网状分布，造成钢的韧性差。为了降低网状碳化物对性能的损害，需要通过锻造破碎碳化物并细化枝晶，消除缺陷，从而获得较好的使用性能。3Cr2W8V使用温度较高，广泛应用于压铸铝合金和铜合金，相较于铝合金压铸，铜合金压铸时温度高，模具钢所需要的抗热疲劳性更高。而碳化物的形态与分布会严重影响钢的热疲劳性能。
　　本课题利用RE、K/Na对3Cr2W8V钢进行复合变质处理，发现铸态下的网状碳化物断裂，呈碎块状分布，同时夹杂分布得到改善。经过热处理后，与未变质试样相比，复合变质处理能略微提升钢的硬度，显著提升了钢的冲击韧性，变质处理后试样的热稳定性提高，添加0.2％RE+0.8％K/Na的试样有较好的综合性能。
　　在RE、K/Na复合变质基础上添加少量的Nb，晶粒进一步细化，热处理后残余碳化物数量少，添加0.1％Nb时试样韧性和硬度较好。由于Nb与C形成的NbC硬度高，在热处理时变化小，且能阻碍其他元素的扩散，因此能明显提升钢的热稳定性。Mo的二次硬化效应强，加入少量的Mo也能提高钢的热稳定性，但效果不如Nb，并且加入Mo后韧性损失较大。同时添加少量Nb、Mo后并不能取得比单一元素更好的效果。
　　预备热处理能明显影响3Cr2W8V钢的组织和力学性能。普通球化退火后网状分布的碳化物没有断裂并呈球粒状，因此淬火后仍残余较多碳化物，严重损害了钢的韧性及热稳定性，固溶处理+循环球化退火处理后碳化物溶解充分剩余碳化物已呈粒状均匀分布，有最好的韧性及较好的热稳定性，等温球化退火工艺处理的试样球化效果良好，试样有较好的硬度、韧性及热稳定性，且工艺简单。淬火温度增加后，钢的硬度上升，但韧性逐渐下降。复合变质和Nb、Mo微合金化都能增加钢的回火稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 模具钢的分类

1．2．1 冷作模具钢

1．2．2 热作模具钢

1．2．3 塑料模具钢

1．2．4 选择模具钢时主要的考虑因素

1．2．5 铜合金压铸模具钢

1．3 模具钢的失效形式

1．3．1 热疲劳

1．3．2 冲蚀

1．3．3 磨损

1．3．4 整体脆断

1．4 热疲劳的影响因素

1．5 模具钢的国内外研究进展

1．5．1 热作模具钢的国外研究进展

1．5．2 国内热作模具钢的发展

1．5．3 3Cr2W8V钢的国内外研究进展

1．6 选题目的和意义

1．7 研究目标及内容

第2章 实验方法及内容

2．1 实验材料成分

2．1．1 实验材料选择

2．1．2 变质剂的选择

2．1．3 熔炼及浇注

2．1．4 试样制备

2．2 热处理

2．3 实验分析及测量

2．3．1 硬度测量

2．3．2 韧性的测量

2．3．3 成分分析及组织观察

第3章 复合变质处理对3Cr2W8V钢组织和性能的影响

3．1 RE、K／Na对3Cr2W8V钢组织的影响

3．1．1 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V铸态组织的影响

3．1．2 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V钢碳化物的影响

3．1．3 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V热处理后组织的影响

3．2 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V杂质和夹杂物的影响

3．3 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V性能的影响

3．3．1 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V淬火硬度和冲击韧性的影响

3．3．2 RE、K／Na复合变质对3Cr2W8V热稳定性的影响

3．4 本章小结

第4章 微合金化处理对变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

4．1 Nb对复合变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

4．1．1 Nb对复台变质3Cr2W8V钢铸奄组织的影响

4．1．2 Nb对复合变质3Cr2W8V钢淬火组织的影响

4．1．3 Nb对复合变质3Cr2W8V钢性能的影响

4．1．4 Nb对复合变质3Cr2W8V钢热稳定性的影响

4．2 Mo对复合变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

4．2．1 Mo对复合变质3Cr2W8V铸态组织的影响

4．2．2 Mo对复合变质3Cr2W8V钢热处理组织和性能的影响

4．2．3 Mo对复合变质3Cr2W8V钢热稳定性的影响

4．3 Nb、Mo对复合变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

4．3．1 Nb、Mo对复合变质3Cr2W8V钢铸态组织的影响

4．3．2 Nb、Mo对复合变质3Cr2W8V钢性能的影响

4．3．3 Nb、Mo对复合变质3Cr2W8V钢热稳定性的影响

4．4 本章小结

第5章 热处理对3Cr2W8V钢组织和性能的影响

5．1 预备热处理对复合变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

5．1．1 预备热处理对复合变质3Cr2W8V钢组织和力学性能的影响

5．1．2 预备热处理对复合变质3Cr2W8V钢热稳定性的影晌

5．2 预备热处理对含Nb或Mo复合变质3Cr2W8V钢组织和性能的影响

5．2．1 预备热处理对含Nb或Mo复合变质3Cr2W8V钢组织的影响

5．2．2 预备热处理对含Nb或Mo复合变质3Cr2W8V钢性能的影响

5．3 淬火温度对3Cr2W8V钢组织和性能的影响

5．3．1 淬火温度对3Cr2W8V钢组织的影响

5．3．2 淬火温度对3Cr2W8V钢性能的影响

5．4 回火温度对3Cr2W8V钢组织和性能的影响

5．4．1 回火温度对3Cr2W8V钢组织的影响

5．4．2 回火温度对3Cr2W8V钢回火稳定性的影响

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢