复合变质对新型Cr8冷作模具钢组织和性能的影响

论文摘要

Cr8系冷作模具钢属于高碳中铬过共析钢,该类钢含有较多的C（0.8～1.2%）和大量的Cr、Mo、V等合金元素。由于其具有较高的硬度和良好的耐磨性而应用广泛,但此类钢在凝固过程中,枝晶粗大,合金元素偏析严重,形成大量沿晶界分布的网状共晶碳化物,严重降低了钢的强度和韧性。而且,有害元素P的大量存在,增加了模具钢的冷脆性。因此,降低钢中P元素含量,细化晶粒,破碎网状碳化物,改变碳化物形态是提高该类冷作模具钢性能的有效途径。该课题在实验室条件下,采用自制脱磷剂降低钢中磷含量,合理调整模具钢化学成分,以Cr8钢为基础,合理的W、Mo配比以保证足够的二次硬度,加1%Si增强钢的强韧性；高V并加Nb以形成较多的高硬度MC型碳化物,提高耐磨性并细化晶粒以提高韧性；并采用RE、K/Na变质剂对其进行复合变质处理,运用高倍视频显微镜HSVM、SEM、XRD、DSC等手段并结合性能测试分析了合金化及复合变质处理对冷作模具钢组织和性能的影响。实验结果表明：冷作模具钢经过合金化及复合变质处理后,晶粒得到细化,初生奥氏体呈等轴晶形式存在：且碳化物形态发生变化,大量呈网状存在的M7C3型碳化物减少,出现了点块状的（NbV）C、NbC等新的MC型碳化物且分布均匀。研究了退火、淬火及回火对Cr8冷作模具钢组织和性能的影响。高温热处理可有效实现碳化物向奥氏体中的溶解,获得具有良好韧性的板条状马氏体组织。在油冷条件下,冷作模具钢在低于1050℃淬火时,硬度随淬火温度的升高而增大；超过1050℃时,由于品粒急剧长大,残留奥氏体含量增加,硬度下降。淬火冷作模具钢经480～550℃回火后,组织为回火马氏体+剩余碳化物,硬度有所下降。力学性能测试结果表明：Cr8冷作模具钢经过Nb合金化及K／Na-RE复合变质之后,硬度可达到62-64HRC,冲击韧性达到44J／cm2,耐磨性能也得到显著提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题相关背景及内容
• 1.1.1 冷作模具钢的化学成分
• 1.1.1.1 常见冷作模具钢的化学成分
• 1.1.1.2 合金元素在冷作模具钢中的作用
• 1.1.2 模具钢在使用性能上主要应考虑的因素
• 1.1.3 模具钢在工艺性能上主要应考虑的因素
• 1.1.4 模具钢的生产研究现状
• 1.1.4.1 国外发展状况
• 1.1.4.2 国内现状及存在问题
• 1.1.5 冷作模具钢的发展方向
• 1.1.6 高韧性高耐磨冷作模具钢研究现状
• 1.1.7 改善冷作模具钢组织及性能的主要途径
• 1.1.7.1 合金化
• 1.1.7.2 变质处理
• 1.1.7.3 新的提高模具寿命的方法
• 1.2 选题目的及意义
• 1.3 研究目标及内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 实验材料及试验方法
• 2.1 实验材料及变质剂的选择
• 2.1.1 实验用材料的选择
• 2.1.2 合金化元素和变质剂的选择
• 2.2 实验用钢的熔炼及试样的制备
• 2.2.1 熔炼
• 2.2.2 试样的制备
• 2.3 热处理
• 2.4 分析和测试方法
• 2.5 微观组织观察及成分分析
• 第三章 冷作模具钢的氧化脱磷研究
• 3.1 脱磷原理的热力学分析
• 3.1.1 脱磷基本原理
• 3.1.2 影响磷分配的因素
• 3.2 含铬铁水氧化脱磷的热力学分析
• 3.2.1 铁液中[P]、[Cr][C]氧化反应和CaO、BaO脱磷热力学分析
• 3.2.2 CaO和BaO脱磷反应平衡氧势的计算及控制
• 3.3 冷作模具钢氧化脱磷研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 变质及合金化对冷作模具钢凝固组织的作用
• 4.1 引言
• 4.2 Nb合金化对冷作模具钢凝固组织的作用
• 4.2.1 Nb的作用
• 4.2.2 Nb对铸造冷作模具钢组织的影响
• 4.2.3 Nb对铸造冷作模具钢的热处理态组织的影响
• 4.3 复合变质对铸造冷作模具钢组织的影响
• 4.3.1 K/Na合金变质对铸造冷作模具钢组织及碳化物的影响
• 4.3.2 RE变质对铸造冷作模具钢组织及碳化物的影响
• 4.3.3 K/Na-RE复合变质对冷作模具钢组织的影响
• 4.4 复合变质机理分析
• 4.4.1 复合变质对冷作模具钢中元素分布的影响
• 4.4.2 复合变质对冷作模具钢转变温度的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 热处理对复合变质冷作模具钢组织的影响
• 5.1 冷作模具钢的热处理
• 5.2 退火对复合变质处理冷作模具钢组织和碳化物形态的影响
• 5.3 淬火对复合变质处理冷作模具钢组织的影响
• 5.4 回火对复合变质处理冷作模具钢组织的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 复合处理冷作模具钢的力学性能
• 6.1 试验冷作模具钢的力学性能
• 6.2 复合变质及热处理对冷作模具钢耐磨性的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 学位论文评阅及答辩情况表