熱處理工藝對鋼性能的影響

發布時間：2020-07-16所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：模具鋼是用來制作機械零件、塑料制品等模具的鋼鐵材料。近年成型模具鋼主要向耐蝕型、鏡面加工型、易切削型及非調質預硬型等方向發展，熱處理工藝則是決定成型模具鋼加工性能和使用性能的關鍵工藝所在。隨著計算機技術發展，國內外越來越多的技術工作

　　摘要：模具鋼是用來制作機械零件、塑料制品等模具的鋼鐵材料。近年成型模具鋼主要向耐蝕型、鏡面加工型、易切削型及非調質預硬型等方向發展，熱處理工藝則是決定成型模具鋼加工性能和使用性能的關鍵工藝所在。隨著計算機技術發展，國內外越來越多的技術工作者對熱處理過程進行仿真數值模擬，為制定和優化熱處理工藝提供理論支撐。本文基于熱處理工藝對鋼性能的影響展開論述。

　　關鍵詞：熱處理工藝;鋼性能;影響

　　引言

　　針對金屬的熱處理就是根據金屬或合金在固態狀態下的組織進行轉變調整，將金屬材料加熱到一定溫度，并在保溫一段時間后以相對合適的方式冷卻金屬材料。在熱處理過程中，金屬材料內部組織發生變化，材料性能得以優化。就鋼組織材料而言，它的內部組織結構會發生以下幾種變化：第一，鋼的機械性能顯著提高，延長了它的使用時間;第二，消除了鋼在熱加工過程中所可能存在的各種缺陷問題，同時可滿足晶粒細化、組織均勻性提升要求;第三，可輔助機械零件加工工作優化展開;第四，確保工件表面的抗磨損與耐腐蝕性能提升，具有特殊物理化學性能。

　　1模具材料的使用性能選用標準

　　模具材料使用性能是模具完成指定功能的必要條件，包括力學性能、物理性能和化學性能。力學性能是根據模具是否能滿足工作條件和避免失效的標準來判斷的，主要體現在對模具材料強度、硬度、韌度、耐磨以及抗疲勞性能的要求。物理性能是金屬材料在重力、電磁場和熱力(溫度)等物理因素作用下，材料所表現的性能或固有屬性，主要體現在對模具材料導熱性和熱膨脹性的要求�；瘜W性能是金屬材料在抵抗其周圍介質侵蝕的能力，主要體現在對模具材料化學腐蝕和熱穩定性的要求。

　　2最終熱處理在模具制造中的應用

　　最終熱處理是保證模具工作零件性能的中心環節,一般應安排在精加工階段前后。(1)淬火，淬火是將模具鋼材加熱到一定溫度保溫一定時間后,根據模具鋼種和模具零件的熱處理技術要求進行冷卻,以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。模具鋼淬火的三要素是:加熱溫度、保溫時間和冷卻介質。決定這些要素的關鍵是加熱設備、模具鋼種成分、淬透性等。(2)回火，回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下,保溫一到兩個小時后冷卻的工藝�；鼗鹜�往是與淬火相伴,并且是熱處理的最后一道工序。經過回火。模具鋼的組織趨于穩定,脆性降低,韌性與塑性提高,消除或者減少淬火應力,穩定模具鋼的形狀與尺寸,防止淬火零件變形和開裂,且還可改善切削加工性能。(3)鍍鉻，鍍鉻，滲氮屬于化學熱處理，是為了提高塑料模表面的耐磨性和耐蝕性進行的表面處理。該工藝將工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變工件表層的化學成分和組織，達到所要求的性能。鍍鉻層硬度達1000HV，滲氮層硬度達1000HV-1200HV，因而都具有優良的耐磨性，此外鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力，在多種酸性介質中均不發生化學反應，具有良好的耐蝕性。

　　3試驗研究

　　以新型成型模具材料HDD為研究對象，用水作為淬火冷卻介質，淬火方式首先采用外淋內噴方式，經過調質處理后，分析性能和組織，然后根據分析結果，提出改進措施，淬火方式改為浸入內噴方式并優化淬火參數，再次分析性能和組織�；瘜W成分試樣按照GB/T20066—2006加工，按照標準GB/T4336—2006火花源原子發射光譜分析常規法檢測。微觀組織顯示劑為4%的硝酸酒精，微觀組織觀測時用德國蔡司AxioImagerA2m金相顯微鏡。性能檢測取樣位置在鋼管壁厚的1/2處，依據GB/T228.1—2010對試樣進行縱向拉伸性能檢測，拉伸試樣的標距為50.0mm，試樣直徑為10.0mm，檢測設備型號是SHT560560t。沖擊吸收能量試樣一組3個，尺寸為55mm×10mm×10mm，沿著鋼管軸線方向制樣，依據GB/T229—2007對試樣進行20℃沖擊吸收能量檢測，取值為平均值，檢測設備型號是NI300F。硬度試樣取自鋼管橫截面，依據GB/T230標準對試樣進行洛氏硬度檢測，三個點取平均值，檢測設備型號是TH320。

　　4淬火溫度對HHD熱疲勞的影響

　　試驗材料為HHD鋼，通過中頻熔煉、電渣重熔和鍛造處理，同時經過高溫擴散退火和晶粒超細化處理(1230℃保溫14h，水冷+1080℃正火+等溫球化退火)。對HHD鋼的淬火和回火進行了優化，測試了試樣經過不同次數的熱疲勞循環后主裂紋的長度和裂紋擴展狀況。將不同溫度淬火后的試樣在相同回火溫度下的同一爐內進行2次回火處理，回火工藝為：580℃(3h)+560℃(3h)，探索淬火溫度與熱處理試樣熱疲勞性能的關系，并對試樣進行熱疲勞測試，循環次數為2000次，將HHD鋼分成1#~7#，并與ASS⁃AB8407鋼進行對比，試驗結果如圖1所示。經過2000次熱疲勞循環后，ASSAB8407鋼的裂紋又長又寬，裂縫比較深且表面龜裂處為直線狀龜裂;1#、2#試樣裂紋長且寬，表面龜裂也比較嚴重;而4#、5#、6#、7#試樣表面龜裂程度較輕;3#試樣主裂紋較小，表面龜裂程度相對不嚴重。表1所示為各試樣熱疲勞循環次數與主裂紋長度擴展情況。由表1可知，各試樣主裂紋擴展速率最大為1#試樣(1040℃淬火)，然后為7#試樣(1160℃淬火)，次之為2#試樣(1060℃淬火)，3#試樣(1080℃淬火)和6#試樣(1140℃淬火)最小。8#試樣(ASSAB8407鋼)在熱疲勞開始階段主裂紋擴展速率最快，但隨著熱疲勞循環次數的增加，主裂紋擴展速率有所下降，故至熱循環結束，相較于其他試樣，8#試樣主裂紋長度處于所有試樣主裂紋長度的中等值水平。

　　通過熱疲勞試驗可知，在一定淬火溫度下，試樣用鋼的熱疲勞抗力隨淬火溫度的升高而增大，當淬火溫度在1060~1100℃時，試樣的熱疲勞抗性達到峰值;隨著淬火溫度繼續升高(1100~1160℃)，試樣的熱疲勞抗性呈下降趨勢。

　　結束語

　　隨著制造業的快速發展，很大程度上也帶動了模具工業的快速增長。雖然我國是模具生產與使用的大國，但模具制造水平與世界先進水平相比還存在一定差距，難以滿足市場的巨大需求。因此，當前一方面要繼續大力研發高性能的模具鋼種，另一方面還要對現有模具鋼產品的成分、工藝進行優化，挖掘潛力，提高其性能。——論文作者：李純豪 彭懷靈 黎重軍

　　相關期刊推薦：《金屬熱處理》雜志創刊于1958年，由中國機械工業聯合會主管，北京機電研究所有限公司、中國機械工程學會熱處理分會、中國熱處理行業協會聯合主辦。是一本全面報道材料熱處理學科進展和先進適用技術的綜合性技術刊物，也是展示我國熱處理行業工藝裝備技術水平和企業技術進步的一個重要窗口，不僅在熱處理行業有廣泛的知名度，而且在機械、冶金、汽車、航空、航天、船舶等制造領域也擁有很大的影響力。