奥氏体化温度和时间对冷作模具钢组织和性能的影响PPT推荐.ppt
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奥氏体化温度和时间对冷作模具钢组织和性能的影响PPT推荐.ppt
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均匀均匀化:
通过加入稀土、氮等表面活性元素进行变质处理和合理控制锻造工艺参数,改善一次碳化物的分布和形貌,获得均匀分布的、细小的、近球状或团块状的一次碳化物,实现碳化物分布均匀化;
净化:
通过控制冶炼和电渣重熔工艺,有效去除合金中有害的夹杂物,实现合金液的净化;
弥散强化:
通过热处理工艺优化,获得马氏体基体上弥散析出钒、铌碳化物或氮化物,实现弥散强化。
新型的D2钢设计思路:
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会本文采用热膨胀和热处理实验,研究了奥氏体化温度和时间对这种新型D2钢的组织性能的影响情况。
应用:
森吉米尔轧机工作辊。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会2新型新型D2成分设计与实验方法成分设计与实验方法根据资料进行新型D2钢微合金化的成分设计。
在传统普通的D2钢基础上加入适量的RE和Nb,并进行成分优化。
1)含C量:
常规D2钢的C含量选在1.401.60,考虑到森吉米尔轧机工作辊在使用过程中出现裂纹的现象,因此适当降低碳含量,取常规成分的下限,目标成分为1.401.50。
2)含Cr量:
Cr在D2钢中是主要的合金元素,一方面铬与碳结合形成M7C3型碳化物,获得一定数量的高硬度的碳化物相,另一方面固溶到奥氏体的中的铬可以显著提高钢的淬透性。
Cr在11.013.0。
目标成分为11.513.0。
3)含Mo量:
一般在0.71.2,目标成分为0.81.0。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会3)含V量:
适当增加V的含量,以获得更好的组织稳定性、细小的晶粒和高硬度弥散分布的二次碳化物,目标成分为0.71.1。
4)含S、P量:
S、P对钢的延伸、冲击韧性及热加工都十分不利。
所以S、P控制在0.03以内。
5)含Nb量:
Nb是一种强碳化物形成元素,铌和碳的亲和力大于钒,在钢铁材料中常用铌进行微合金化,含铌的碳化物形成温度较高,可能在高温钢水中存在,而且其晶格常数与奥氏体相近,可以作为奥氏体的结晶核心,加入微量的铌可以细化凝固组织,另外在热处理过程中析出碳化铌一般呈细小弥散分布,有利于弥散强化,并且可以阻止高温奥氏体长大。
不同的钢种加入铌的量是不相同的,目前尚未发现在D2钢中加入铌的系统研究工作,因此本实验设计了铌为:
0.050.30。
6)RE加入量:
在钢中加入稀土可以取到脱氧、净化和细化作用,改善夹杂物的形态和分布,提高合金的力学性能、抗热疲劳和高温抗氧化性能等,根据一般钢中加入的RE量,本项目确定加入混合稀土,加入量为处理钢水重量的0.15。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会采用Nb进行微合金化,细细化化晶晶粒粒,采用RE元素进行变质处理,有效控制液析碳化物的形貌控制液析碳化物的形貌。
表1试验用钢的化学成分CSiMnPSCrMoVNbRE*1.41.50.60.50.030.0311.513.00.81.00.71.10.050.300.050.12011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会实验方法实验方法q采用感应电炉冶炼,再经过电渣重熔成铸锭,锻造成100mm100mm35mm的坯料。
q采用D100型热膨胀仪上测量相变点,试样尺寸为213mm。
q热处理实验:
在锻坯上取10mm10mm5mm的小样若干放入瓷舟中,再一起放到电阻式加热炉中加热,分别保温不同的温度和时间后取出进行淬火。
q硬度测量采用HR150D型洛氏硬度计,按照国标GB/T23091在每块试样上测45个点,最终取其平均值。
q金相实验:
采用8%硝酸酒精侵蚀金相试样表面,再利用OM和SEM手段观察其显微组织。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会3实验结果实验结果1)冷却速度对冷却速度对钢相变点的影响钢相变点的影响热膨胀试验热膨胀试验:
利利用用DIL805热膨膨胀仪奥奥氏氏体体化化温温度度选择为10201020,保保温温00分分钟,后按不同的冷却速度冷却至室温,分析冷却速度后按不同的冷却速度冷却至室温,分析冷却速度对组织类型的影响型的影响典型连续冷却转变曲线及相变点温度测量结果如下2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会HT/冷速/s铁素体加珠光体马氏体转变Ps/Pf/Bs/Bf/Ms/Mf/10200.017677280.057306660.17106503882992531690.33682832510.531128023012792652102011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会0.05/s0.1/s(OM)(SEM)2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会0.3/s0.5/s(OM)(SEM)2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会2)奥氏体化温度和时间对组织性能的影响)奥氏体化温度和时间对组织性能的影响奥氏体温度选择奥氏体温度选择:
通过热膨胀试验确定Ac1和Acm温度分别为820和847。
奥氏体均匀化的温度一般选择在Ac1和Acm以上3050,即D2钢的奥氏体化的温度应定在900左右。
但是对于高合金含量的新型D2钢,由于大量强碳化物形成元素的存在,使得C扩散被阻碍,因此需要更高的温度进行奥氏体均匀化,保证C元素和合金元素扩散均匀,从而提高过冷奥氏体的淬透性,最终热处理试验中选取了四种温度。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会热处理试验热处理试验:
编号淬火温度/保温时间/min冷却介质195020,40,80,160油298020,40,80,160油3101020,40,80,160油4104020,40,80,160油表2热处理工艺2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会D2钢在不同奥氏体化温度和保温时间下洛氏硬度结果:
硬度值最高的试样对应的奥氏体化工艺为1010保温20分钟,其硬度值达到了64HRC。
试样编号加热温度/保温时间/min硬度(HRC)1-19502058.81-29504056.51-39508055.01-495016053.12-19802060.52-29804059.22-39808055.62-498016052.93-13-110101010202064.064.03-210104061.53-310108057.43-4101016054.04-110402061.94-210404058.74-310408055.04-4104016054.0奥氏体化温度和时间对硬度的影响奥氏体化温度和时间对硬度的影响2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会随着保温时间的增加,硬度均出现的下降的趋势。
在保温20分钟时硬度最大,不同淬火温度对硬度值影响较大,1010达到最大。
保温时间的影响保温温度的影响2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会1010不同保温时间的组织形貌(不同保温时间的组织形貌(OM)(a)(b)(c)(d)保温时间主要是影响奥氏体和碳化物的晶粒大小。
(a)20分钟(b)40分钟(c)80分钟(d)160分钟保温20分钟时,碳元素和合金元素的已经能够均匀扩散,二次碳化物晶粒非常细小,且分布较为弥散。
随着保温时间增加,碳化物尺寸增大,而且尺寸大小不均匀程度加大。
过长的保温时间,让一部分碳保留在残余奥氏体中,降低了马氏体的平均碳含量,从而出现了低碳板条马氏体2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会不同温度奥不同温度奥氏体化后油氏体化后油淬组织形貌淬组织形貌(a)(b)980保温20分钟1010保温20分钟高温淬火碳化物尺寸更加细小,这是Cr12MoVNbRE硬度随淬火温度提高而增加的主要原因。
碳化物一般又可分为一次碳化物和二次碳化物,前者为长条状或块状,主要是在凝固过程中形成的,经锻造击打击后,原网状碳化物被分散为大块状或长条状;
后者一般在锻造加热过程中析出产生的,或者是淬火后回火过程中产生的,晶粒尺寸较小,分布较为弥散。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会(c)马氏体基体Cr12MoVNbRE钢的组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体。
钢中添加了一定量的Nb元素,其在高温区与碳结合形成弥散的碳化物。
Nb的作用有两个:
一方面由于Nb的碳化物晶格常数与奥氏体接近,为奥氏体增加了更多的形核点,降低了奥氏体开始转变点温度;
另一方面,弥散分布的Nb(CN)粒子可以起到弥散强化的作用,同时分布在晶界上可以有效组织奥氏体晶粒长大。
因此淬火温度越高,越易发挥Nb元素微合金化的作用。
过高温度,溶解在奥氏体中的合金元素过饱和固溶,使得奥氏体的稳定性增加,最终以大量残留奥氏体保留下来,使得硬度下降。
1010奥氏体化时一次和二次碳化物尺寸小,马氏体基体晶粒尺寸细化,因此具备更高的硬度。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会4结论结论
(1)本实验条件下测得新型D2钢的相变点温度为:
Ac1=820,Acm=847,Ms=205。
(2)热膨胀试验表明,新型D2钢在冷速低于0.3/s时,主要为铁素体加珠光体组织,当超过0.3/s时,出现以马氏体和少量贝氏体为基体,一次和二次碳化物为第二相的组织特征。
(3)热处理实验表明,随着淬火过程中奥氏体保温时间的延长,新型D2钢硬度逐渐下降;
随着奥氏体化温度的上升,硬度出现先上升后下降的趋势。
(4)新型D2钢的最佳奥氏体化工艺为约1010保温20分钟后油淬。
(5)新型D2钢高硬度主要归因于较高合金固溶度的马氏体基体,以及晶粒细小、均匀弥散分布的碳化物。
2011年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会年全国高品质特殊钢生产技术交流研讨会谢谢谢!
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