LB/M复相热处理工艺对冷作模具钢DC53组织和力学性能的影响

本文研究了不同预淬火温度的QTA(Quenching-Tempering-Austempering)复相热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h;A为250℃,3 h)对冷作模具钢DC53的微观组织和力学性能及摩擦磨损性能的影响,并与常规淬火-回火(Quenching-Tempering,QT)热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h)进行对比。结果表明,QT工艺得到的组织以回火马氏体为主;QTA工艺可以得到下贝氏体/马氏体(Lower Bainite/Martensite,LB/M)为主的复相组织,这些复相对原奥氏体晶粒的分割产生的细晶强化作用部分抵消了LB和残余奥氏体(A_(R))的弱化作用,并且,这些复杂的微观组织极大提升了DC53钢的冲击韧性;当QTA的预淬温度为100℃时,其硬度仅比QT工艺低1.4HRC,但是冲击吸收能量却是QT工艺的2.44倍。因此,优化的QTA工艺可以得到较高的强韧综合性能。

表面圆形凹坑微织构对DC53模具钢的摩擦学性能影响

为了探究微织构对DC53冷作模具钢表面摩擦学性能的影响,基于有限元法研究了模具钢表面圆形凹坑微织构的最优深度,采用飞秒激光加工了不同面密度的圆形凹坑微织构模具钢试样,并通过开展摩擦磨损实验研究了不同润滑状态下面密度对模具钢摩擦学性能的影响规律。结果表明,DC53冷作模具钢表面的圆形凹坑微织构在直径为Φ140μm,织构深度为50μm时表现出最大油膜承载力与最小摩擦因数;随着圆形凹坑微织构面密度的增加,充分润滑时模具钢表面的摩擦因数先减小后增大,面密度为20%时平均摩擦因数最小,相较于无织构模具钢降低了51.35%;少油润滑与干摩擦时,模具钢表面摩擦因数随着面密度的增加逐渐降低;面密度为30%时,模具钢表面平均摩擦因数最小,较无织构模具钢分别降低了35.84%与15.02%。微织构的存在提升了模具钢表面不同润滑状态下的减摩性能;充分润滑时效果最好,干摩擦时也明显改善了模具钢表面的黏着磨损。

SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、透射电子显微镜以及铣削试验,研究了新型SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能。结果表明:相较于DC53钢,SLD-MAGIC钢的切削性能更优异;SLD-MAGIC钢回火析出了(Fe,Cr)_(7)C_(3)和Fe_(7)C_(3)型二次碳化物,其中,小尺寸碳化物数量是DC53钢的1.2倍,而DC53钢中大尺寸及超大尺寸碳化物数量是SLD-MAGIC钢的1.35倍;此外,SLD-MAGIC钢中还含有大量硫化锰夹杂。大量细小碳化物及硫化锰夹杂有利于SLD-MAGIC钢获得优异的切削性能。

D2冷作模具钢边部裂纹成因分析

某公司生产的D2冷作模具钢出现大量边部裂纹。本文采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等分析测试方法,对裂纹附近的组织及碳化物进行了分析。结果表明:裂纹是在轧制过程中产生,沿带状共晶碳化物方向开裂,为典型的共晶碳化物开裂。为了避免此类裂纹的出现,需要改进电渣重熔工艺和加热锻造工艺;钢中碳化物容易在夹杂物上析出,且容易出现裂纹,需要进一步进行研究。

两种生产工艺对D2冷作模具钢组织的影响

对比研究了电炉和电渣重熔两种工艺生产的D2冷作模具钢铸锭和锻材组织,重点分析了合金中碳化物强化相的分布、形态及尺寸差异。结果表明,电炉和电渣重熔工艺生产的D2钢中碳化物均以Cr7C3型为主,形态包含辐射状和片层状。与电炉工艺相比,电渣重熔工艺生产的铸锭晶粒尺寸较小,碳化物分布更均匀。在相同锻压比下,电渣钢组织质量更高,可在较小的锻压比下获得更均匀细小的组织。

提高D2模具钢轧材使用寿命的研究

为提高D2冷作模具扁钢轧材的使用寿命,进行了一系列实验与探究:在化学成分方面,采用添加稀土的方法;在最终热处理方面,采用正交实验法进行工艺优化,选用4个淬火温度,4个回火温度,两种回火次数和4种回火时间,再综合考虑是否添加稀土等因素,通过大量实验对比,优选出一个最佳热处理工艺,与原生产工艺下的材质相比,试样的耐磨性和冲击韧性均大为改善,从而达到提高D2模具扁钢轧材使用寿命的目的。

D2模具钢轧材碳化物均匀性的检测与分析

对D2冷作模具钢轧材共晶碳化物不均匀度进行了仔细的检测,并和D2锻材对比得出:在成品规格相近的情况下,轧材碳化物颗粒比较细小,而锻材的碳化物分布比较均匀;此外,轧材的碳化物有较明显的带状分布特点。最后对检测结果做了简略分析。

改善D2钢冶金质量的工艺研究

研究了锻比和锭型尺寸对D2钢共晶碳化物不均匀度以及精炼工艺和重熔电极表面条件对钢中氧含量的影响规律。结果显示锻比和锭型尺寸对D2钢共晶碳化物不均匀度显著影响:锻比在2—8的范围内D2钢Φ1100mm电渣锭共晶碳化物不均匀度评级随着锻比的增加而降低,而同一锻比条件下D2钢共晶碳化物不均匀度则随着锭型尺寸的增加而增加;LF+VD精炼工艺可以控制D2钢中氧含量≤16×10-6(ppm);电极表面状况对D2电渣钢含氧量有较大影响:采用黑皮电极重熔成的电渣锭氧含量比车光电极多增加了25%。

D2冷作模具钢的超低温处理

将D2冷作模具钢淬火后,再于-196℃的液氮中进行超低温处理,可消除残留奥氏体,而得到全部马氏体,并使组织进一步细化。D2 钢经超低温处理后其洛氏硬度(HRC)提高 4个单位,回火后的 a_K 值提高近 1倍,耐磨性也有所提高。用 D2钢制成的模具经超低温处理后,其使用寿命是普通处理的2.3倍。

D2冷作模具钢的真空热处理

利用在真空加热炉内充入低压氩气的方法,对 D2钢进行加热和淬火处理,则 D2钢模具表面光洁度高,表面成分无变化,同时模具的变形量小,耐磨性有较大的提高。将这种真空热处理的 D2 钢制成的冷作模具应用于实际生产中,其使用寿命较之经盐浴加热处理的提高 33％。从而证明这是提高 D2 钢冷作模具的一种有效热处理工艺。

热处理工艺对3种不同Cr系冷作模具钢热处理变形的影响

精冲模在服役过程中受较大的循环载荷导致的变形会增加其维修成本并缩短模具寿命。综合考量精密模具在热处理过程中产生的形变因素,相变引起的体积膨胀更受关注。设计出了一种新型“井”字型变形模块,研究了D2、DC53和7Cr5Mo2V 3种冷作模具钢在不同真空热处理工艺下相变引起的尺寸变化规律。结果表明:在1030℃淬火后,DC53钢的最大形变率约为0.65%;在210℃低温回火和520℃高温回火后,7Cr5Mo2V钢的最大形变率分别约为1.04%和1.81%。影响模具热处理变形的因素是残留奥氏体含量、二次碳化物析出的量和马氏体特征参数等。经210℃低温回火后,7Cr5Mo2V、D2和DC53钢的残留奥氏体体积分数分别为14.44%、13.21%和11.43%;520℃高温回火后,残留奥氏体体积分数均显著减少,分别为6.04%、3.39%和2.53%。

两种不同钢锭试制的Cr12W冷作模具钢大块碳化物研究

采用细高型710kg和粗矮型1.2t两种不同钢锭试制了Cr12W冷作模具钢(2~2.3%C、11~13%Cr、0.6~0.8%W),通过低倍、碳含量、金相分析,对其钢坯和钢材的大块碳化物进行了研究,结果表明:710kg钢锭的大块碳化物比1.2t钢锭严重,710kg钢锭的大块碳化物分布在锭身中部至头部的中心,最严重部位在距头部的1/4处,1.2t钢锭的大块碳化物分布在锭身中上部至头部的中心,最严重部位在距头部的1/8处;两种钢锭试制的∮32mm钢材的大块碳化物按JB/T7713标准评定,710kg钢锭的为5级,1.2t钢锭的为3级,采用1.2t钢锭试制可以满足≤3级供货要求。

等温淬火时间对D2钢组织与力学性能的影响

研究了等温淬火时间对D2冷作模具钢微观组织与力学性能的影响。结果表明:随等温淬火时间延长,D2钢硬度先升高后降低,冲击韧性逐渐升高;应用Image pro-Plus6.0定量计算的下贝氏体含量逐渐增多,X-射线衍射仪(XRD)衍射图谱显示基体中含有残留奥氏体。其中,270℃等温淬火6 h时D2钢硬度与冲击韧性配合最佳,分别达到了61.1 HRC与56 J/cm^2,此时试样基体中下贝氏体含量为28.28%;M/B_下复相组织中残留奥氏体的碳含量较高,为1.345%,其室温稳定性较强,这更有利于冷作模具在服役过程中组织和精密尺寸的稳定。

（30~90）mm×（400~605）mm Cr12Mo1V1（D2）冷作模具扁钢的组织和性能

试验用Crl2MolV1（D2）冷作模具扁钢（/%：1.50C,0.35Si,0.40Mn,12.00Cr,0.95Mo,0.80V）的生产流程为30 t EAF-LF-VD-3 t铸锭轧制-890℃退火工艺。研究了D2冷作模具钢的断面尺寸（/mm：30×400,70×360,90×605）对该钢组织、共晶碳化物的尺寸、分布以及不均匀度、冲击韧性的影响。结果表明,随着扁钢截面尺寸的减小,共晶碳化物的颗粒尺寸、形态以及分布均匀性得到改善,扁钢的碳化物级别由90 mm×605 mm扁钢的4~6级降至30 mm×400 mm扁钢的1~4级,冲击韧性提高;钢的心部共晶碳化物分布最差（4~6级）,边部最好（1~4级）,心部的冲击韧性明显低于边部。

1.9t扁锭浇铸D2冷作模具钢凝固过程及内部缺陷预报数学模拟

采用三维铸造软件Procast模拟了钢厂1.9 t扁D2钢锭(%:1.40～1.60C、11.00～13.00Cr、0.70～1.20Mo、≤1.10V)浇铸和凝固过程。模拟结果表明,1.9 t模具扁钢的本体凝固时间为64 min,完全凝固时间为83min,与经验公式的计算结果相吻合;钢锭柱状晶厚度为150 mm左右,等轴晶宽度为260 mm左右;1.9 t扁锭内部无缩孔产生、疏松轻微。

Cr12Mo1V1模具钢碳化物分断细化热处理技术

改善高耐磨型Cr12Mo1V1冷作模具钢中碳化物的形态和颗粒尺寸对提高其力学性能尤为重要。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、Image-proplus 6.0分析和激光共聚焦显微镜等研究了Cr12Mo1V1钢在高温加热过程中碳化物的溶解、尺寸及形貌特征变化行为。结果表明:在高温加热过程中,Cr12Mo1V1冷作模具钢的碳化物将发生溶解及形状的改变。随着加热温度升高,大颗粒碳化物含量比例逐渐减少,小颗粒碳化物比例逐渐增多,碳化物产生细化。当加热温度足够高时,大颗粒共晶碳化物的形貌会发生明显变化;在1200℃加热时,大颗粒共晶碳化物分断、碎化成尺寸相对较小的颗粒状,随保温时间增加效果更明显。热力学分析表明:碳化物的溶解和形貌特征变化是表面能降低驱动的自发过程;动力学分析表明:由于碳化物表面不同曲率半径处浓度差的存在,合金元素将由曲率半径较小处(如细颈、尖角处)向曲率半径较大处(如平直界面处)扩散,使碳化物发生断开和球化的自发过程。

热处理对冷作模具钢Cr12MoV微观组织及其力学性能的影响

为研究Cr12MoV的微观组织对其力学性能的影响,采用钢光板Cr12MoV为原材料,通过箱式电阻炉高温退火(860℃),淬火(950/980℃)和回火(210/520℃)制得样品后,采用X射线衍射仪、洛氏硬度、冲击试验机和金相显微镜等进行材料学分析检测。结果表明,最优的热处理方案为860℃退火+980℃淬火+520℃回火,此时组织中有着细小晶粒的索氏体和均匀析出的碳化物,有着较高的硬度(75 HRC)和最大的冲击韧性(36.07 J)。

冷作模具钢(Cr12MoV)短流程生产工艺实践

Cr12MoV扁钢主要采用模铸钢锭、多火次锻造、轧制成材的长流程工艺,生产效率低、成材率低、成本高、能耗高。为了解决冷作模具钢的导热性和塑性较差等问题,设计了90 t EBT-LF-VD-150 mm×630 mm连铸矩形坯和一火加热+15道次轧制成材的短流程工艺,成功开发Cr12MoV钢矩形连铸坯及轧制19 mm厚扁钢产品,连铸坯中心疏松1.5级,中心偏析≤1.0级,成品扁钢共晶碳化物不均匀级别≤3级,探伤质量等级达到A级,各项性能指标均满足标准要求。Cr12MoV冷作模具钢产品实现批量生产,取得了良好的经济效益。

Effect of Cryogenic Treatment on Properties of Cr8-Type Cold Work Die Steel

The effect of cryogenic treatment on the properties of Cr8-type cold work die steel was investigated. The results show that cryogenic treatment increases hardness by decreasing retained austenite, but the degree depends on the austenitizing temperature. When quenching at lower austenitizing temperature, the steel can obtain higher tough- ness by cryogenic treatment substituting conventional treatment process. Cryogenic time has little effect on cryogenic treatment. Conversely, cryogenic temperature has a great effect on cryogenic treatment and the effect of cryogenic treatment is more obvious with decreasing cryogenic temperature. In addition, deep cryogenic treatment improves the wear resistance by precipitating more homogeneous specific carbides.

调质处理对Cr8MoWV3Si钢组织及性能的影响

Cr8MoWV3Si是一种高耐磨性冷作模具钢,又称为ER5钢,具有优异的耐磨性能、抗压强度及韧性,加工性能良好,与常用的Cr12钢相比,使用寿命更长。分析了不同温度热处理条件下Cr8MoWV3Si钢的强度、硬度、韧性等力学性能指标,利用扫描电子显微镜、光学显微镜及能谱分析仪对Cr8MoWV3Si钢的组织进行研究,发现调节热处理参数可获得良好的强韧性,调质处理后的组织为回火索氏体,具有良好的综合力学性能。