新型热作模具钢.pdf

铌在模具钢中应用 模具钢属于工具钢类。根据工作条件，分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料 模具钢。随着工业的迅速发展，模具已成为工业产品的主要成型工具，精密的和 大批量生产的零部件成型都采用无（少）切削加工制造，80 年代许多工业发达 国家的模具工业的产值已超过机床工业的产值。 我国模具钢研制和开发已取得长足的进步，在冷作模具钢中比较成熟的含铌 2 钢牌号 6CrW3Mn VNb 在热作模具钢中有 5Mn15Cr8Mo3V2Nb﹑5Cr4W4MoVNb 及 4Cr3W4Mo2VTiNb 等 。 在 塑 料 模 具 钢 中 ， 有 3Cr4Mo2NiVNb 和 0Cr16Ni4Cu3Nb 。 1 新型热作模具钢 5Cr4W4MoVNb 5Cr4W4MoVNb 钢的化学成分见表 1。 钢的生产工艺要点及特性： （1）JM 钢的冶炼﹑锻造和退火 JM 合金钢采用电炉冶炼，冶炼工艺稳定，无特殊要求，冶金质量好，成材率 高，锻造性能与 3Cr2W8V 大致相同，锻后的退火工艺为 860℃3h 炉冷至 730℃ 5h 炉冷至 550℃出炉空冷。退火硬度为HB195-225 。 （2 ）JM 钢的淬火及回火稳定性 JM 钢的淬火试样由退火后的锻材上截取，在盐炉中加热，油淬。淬态的硬度 和晶粒度如表 2 所示 由表可见，该钢的淬火硬度随淬火温度升高而升高，同时晶粒度逐渐粗化， 当淬火温度达 1160℃后，硬度值的增量随淬火温度的增加而逐渐减小，晶粒却 长大迅速，这说明，当淬火温度达 1160℃后，钢中的合金元素已大部分溶于奥 氏体中，淬火温度继续上升时，基体中合金含量的增加自然减慢，在宏观上，则 表现为硬度的增加减慢，而晶粒在高温下的聚集长大却明显加快，因之，该钢适 宜的淬火温度在 1160℃左右，淬态的组织是板条马氏体+孪晶马氏体和少许残余 奥氏体组织。 回火试验在箱式炉中进行两次，每次保温 1 小时，油中冷却。JM 钢和 3Cr2W8V 钢的回火硬度曲线如图 1 所示。从中可以看出 JM 刚经 1120℃淬火后 560℃回火时有二次硬化现象，经 1160℃淬火后 580℃回火时亦出现明显的二次 硬化现象。另一方面该钢随淬火温度的升高，出现硬化峰值的回火温度向高温方 向移动，而且在 1120-1160℃的温度范围内该钢的抗回火软化能力都明显高于 3Cr2W8V 钢。 热稳定性试验结果如图 2 ﹑图 3 所示，从图中可看出，在试验条件下，JM 钢的热稳定性都明显优于 3Cr2W8V 。 （3 ）JM 钢高温回火抗力和热稳定性高的理论分析 ① 碳化物 JM 钢中含有一定的 Nb 和较高的 V,Nb ﹑V 在钢中形成的碳化物 MC 稳定性 极高，细小而弥散。在回火过程中，自身不易聚集长大，并制约了 Mo ﹑W 等于 C 形成的 M C 型或其他形式碳化物的聚集长大。这是 JM 钢的抗回火性能和热稳 2 定性能均高于 3Cr2W8V 钢的一个主要原因。 ② 金相组织 将 3Cr2W8V 钢与 JM 钢经 1140℃淬火580℃回火后再在700℃保温3.5 小时， 电镜观察表明，JM 钢仍保持板条状马氏体形态，而 3Cr2W8V 钢的基体组织则 是再结晶后的多边型铁素体组织。 回复再结晶意味着相变强化消失。JM 钢含有大量细小 MC 型碳化物和一定 的钼，使再结晶在较高温度下才能进行，是JM 钢能有较高高温强度和回火稳定 性的另一个重要原因。 （4 ）JM 钢的室温及高温性能 冲击试样为梅氏缺口。硬度试样从冲击试样上截取。热处理工艺为 1160℃淬 火，600℃2h 回火2 次，试验结果如表 3 。 资料示出，3Cr2W8V 钢经 1100℃淬火，550℃回火后，在 550℃时测得机械 性能数值为σb1180Mpa ，ak300 kJ/m2, HRC32.可见，JM 钢在 550℃的高温性能 均高于 3Cr2W8V 钢。 (5)JM 钢的生产使用结果 将 JM 钢锻造成材热处理后制成泰山-12 拖拉机的半轴﹑差速齿模和扳手模 具分别在青岛﹑威海﹑济宁等地的有关厂家进行试用。JM 合金钢制作的模具寿 命