規(guī)格:齊全
所屬類(lèi)型:其它原材料
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熱作模具鋼中的合金元素
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,有四種高韌性錘鍛模具鋼:5CrNiMo、5CrMnMo、5MnMoSiV、5Cr4Mo。其中5MnMoSiV是為改善5CrNiMo鋼淬透性而研制的,5Cr4Mo鋼,主要是作為堆焊電極材料。70年代研制了無(wú)鎳鋼錘鍛模模具鋼5MnMoSiV,主要用于大中型模具,該鋼加入礬,并采用硅錳復(fù)合合金化,強(qiáng)度有所提高,但由于含碳量仍保持在0.50%左右,其韌性有所降低趨勢(shì)。近年來(lái)研制的4Cr2MoVNi、5Cr2MoVNiSi、45Cr2MoVNiSi,高溫強(qiáng)度有所提高,且含碳量有略微下降,因此韌性有所提高。上述鋼均用于大噸位錘鍛模和機(jī)鍛模。80年代前蘇聯(lián)、日本等國(guó)錘鍛模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)是:
I把鋼中碳含量降低,即從0.5%降到0.4%,個(gè)別的可降至0.30%。
II鋼中加入鉻、鉬、鎢、釩的同時(shí)又添加鈷、鈮、鈦、稀土、微量的鈣、鋁、氮等元素,進(jìn)行多元合金化,合金元素總量在5-10%不等。模具材料使用溫度及強(qiáng)韌性均有所提高,模具使用壽命可提高20%-120%??偟内厔?shì)是向著低碳、沉淀、硬化方向發(fā)展。為此弄清楚各合金元素作用之前,必須說(shuō)明幾個(gè)原則。
1 幾個(gè)原則
-降低鋼中碳的含量,淬火后能得到以板條狀馬氏體為主的組織,以保證模具材料的高韌性。
-實(shí)施多元復(fù)合合金化,以提高鋼的熱強(qiáng)性。合金化時(shí),應(yīng)特別注意防止第二類(lèi)回火脆性。
-研究實(shí)施合理的強(qiáng)韌化熱處理工藝,保證熱強(qiáng)性與熱韌良好的配合。
-在達(dá)到要求的綜合性能前提下,盡量減少其合金元素的用量,降低新鋼種的成本。
2 合金元素的作用
1)碳
是控制馬氏體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,也是影響韌性的主要因素。國(guó)內(nèi)外關(guān)于低碳馬氏體的大量研究表明:若要獲得較好的綜合機(jī)械性能,鋼中碳量要控制在0.45%-0.30%。
2)鉻
鉻形成碳化物,可提高鋼的淬透性。淬火加熱時(shí)鉻溶于奧氏體,淬火后固溶于馬氏體中,可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中,α-Fe中鉻含量少于2%時(shí),隨著鉻含量的增加,高溫強(qiáng)度隨之上升,但鉻含量大于2%時(shí),高溫強(qiáng)度將隨鉻含量的增加反而下降。同時(shí),還會(huì)引起碳化物偏析,將導(dǎo)致降低沖擊韌性。一般講,熱作模具鋼,鉻含量應(yīng)控制2%為宜。
3)鎢和鉬
鎢的加入在多元復(fù)合合金化的熱作模具鋼中,可以明顯地降低鋼的過(guò)熱敏感傾向,并提高鋼的熱穩(wěn)定性。但鎢的含量超過(guò)2-3%,鋼的熱強(qiáng)性不會(huì)再有明顯提高,反而會(huì)使韌性下降。一般應(yīng)控制在1%左右。
鉬的加入,可以提高鋼的淬透性與熱強(qiáng)性,又可以防止第二類(lèi)回火脆性。但鉬加入過(guò)多,會(huì)造成鉬碳化物偏析,在回火過(guò)程中沿晶界呈針狀或網(wǎng)狀析出,影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中,鉬含量以0.6-1%為宜。
4)釩
釩可以降低鋼的過(guò)熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的效果。馬氏體鋼中,釩含量達(dá)到0.5%就可以產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)。釩量過(guò)高,在二次硬化溫度范圍內(nèi)回火,鋼的塑性、韌性將明顯下降,故釩加入量不能超過(guò)1%。
5)鎳
鎳為非碳化合物形成元素,可提高鋼的淬透性。對(duì)鋼的強(qiáng)度與韌性,均有良好作用。但過(guò)量鎳會(huì)促使沿奧氏體晶界析出碳化物,這會(huì)導(dǎo)致基體中合金元素含量降低,使鋼熱強(qiáng)性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會(huì)超過(guò)1.5%。
6)硅
硅的加入可提高鋼的淬透性和基體強(qiáng)度。硅溶于α-Fe中,使其強(qiáng)化,并提高α-Fe轉(zhuǎn)變 r-Fe的轉(zhuǎn)變溫度及高溫抗氧化能力。硅是不溶于碳化物,但能提高回火時(shí)析出特殊碳化物的彌散度;近期研究表明:加入適量的硅可以改善鋼的韌性,在以碳化物為強(qiáng)化相的熱作模具鋼中,硅量一般以0.5-0.8%為宜。
7)錳
錳,除了能提高淬透性之外,還可以消除硫的有害影響。它的含量,一般控制在0.5-0.8%。
8)鈷、鈮、鈦
鈮可形成穩(wěn)定性很高的NbC,在1050℃剛剛開(kāi)始溶入奧氏體中,因此抑制晶粒長(zhǎng)大,可提高熱強(qiáng)性和高韌性。
鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬性(耐磨性能好),如美國(guó)的H-10鋼中。加入3%的鈷,可大大提高其鋼的耐磨性能。
鈦在鋼中的作用,就是在高溫時(shí),避免晶粒粗化,因此可以強(qiáng)化鋼的基體,又能提高鋼的韌性。
9)硫與磷
由原材料帶入的有害元素,參照5CrNiMo鋼的冶金含量標(biāo)準(zhǔn),均控制在少于0.03%范圍。
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