新型热冲压模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的组织与性能研究

作     者：金天文 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵成志;刘书讯

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：热作模具钢 Thermo-Calc 微观组织 常温力学性能 高温性能 

摘      要：随着国内外热作模具的发展,模具工作温度和压力的不断提高,对热作模具钢的性能提出了更高要求,特别是高温条件下的热稳定性和拉伸性能。热作模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV是根据材料的使用工况,基于合金化原理,开发设计的一种新型热作模具钢,同时结合Thermo-calc软件和Jmatpro软件计算模拟的平衡相图及CCT曲线,预测材料非平衡态下的组织及性能。对4Cr4Mo2NiMnSiV钢的临界相变点进行测定,同时研究其铸态组织及硬度,结果表明:(1)升温速率为10℃/min时,材料临界相变点Ac=809℃,Ac=884℃;升温速率为20℃/min时,材料临界相变点Ac=825℃,Ac=904℃。(2)铸态材料的硬度为53.8HRC,组织主要为马氏体,含有少量析出碳化物;铸态组织存在严重的成分偏析,能谱分析得到主要是C、Mo、Cr和V等合金元素的偏析。本文依据材料的临界相变点及合金钢热处理原理,设计了一系列热处理工艺,通过硬度测试、XRD分析、金相观察、SEM及能谱分析,同时结合常温冲击、拉伸性能测试,研究材料的组织与性能,结果显示:(1)退火预处理对材料的铸态偏析有所改善,但无法消除。“730℃×5h退火预处理后材料组织与硬度具有较好的改善,此时组织为粒状珠光体,硬度约为24HRC。(2)900℃080℃油淬,硬度随着淬火温度的升高呈现先升高后下降的趋势,在1000℃淬火,材料硬度达到最高值58.2HRC,此时组织主要为板条马氏体,有少量未溶碳化物。(3)350℃50℃二次回火后,材料在500℃出现明显的二次硬化现象;500℃00℃之间出现回火脆性现象,在530℃附近出现冲击功最低值,能谱分析得到与材料存在的偏析带及回火过程中杂质元素S、Si、Mn及碳向晶界的偏聚有关。常温拉伸强度随回火温度升高,呈现先增大后降低趋势,在500℃达到强硬度的最高值,分别为1775MPa和59.6HRC;拉伸延伸率和抗拉强度处的能量变化也是先升高后下降的,在590℃达到峰值7.84%和102.7J;拉伸断口呈现准解理断裂特征,断面有较多的撕裂棱和少量的韧窝。(4)优化得到热作模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的最佳热处理工艺为:“730℃×5h预处理+1000℃油淬+590℃二次回火。同时,本文还着重对材料的回火稳定性、热稳定性和高温拉伸性能进行了研究,结果发现:960℃、1000℃、1040℃三个温度油淬后回火,发现材料在1000℃油淬具有较好的回火稳定性;620℃00℃之间,试验材料4Cr4Mo2NiMnSiV钢比H13钢具有更好的热稳定性,高温拉伸强度值更大,耐热性能更好,同时具有较好的高温拉伸塑韧性,高温拉伸断口呈现典型的韧窝断裂形貌。