3Cr2W8V压铸模具热处理工艺设计

1 引言2 2 模具钢概述2 2．1 模具钢定义2 2．2 模具钢的分类3 2.3 国内外模具钢探讨现状5 2.3.1 国内模具钢现状5 国外模具钢的现状5 3 热作模具钢相关理论综述6 3.1 热作模具钢定义6 3.2 热作模具钢分类6 3.3 合金元素对钢的影响7 4 关于 3CR2W8V钢探讨8 4.1 3Cr2W8V钢研概述9 4.2 3Cr2W8V钢探讨现状10 5.热处理设备及选择11 5.1硬度测定设备及选择12 5.2金相分析设备16 5.3热处理工艺方法及选择16 6.热处理工艺制度制定21 6.1等温球化退火工艺的制定22 6.2 淬火工艺的制定22 6.3 回火工艺的制定24 7结果及分析26 7.1 硬度26 7.2 金相分析28 7.3 合金元素对3Cr2W8V影响32 8与相关热处理进行比较33 9 结论37 参考文献38 致 谢40 1 引言 现在随着机械制造业的发展，模具工业得到了快速发展，推动了模具钢的发展。汽车、拖拉机、电器、电机、仪器、仪表、电子等行业有60-80的零件需用模具加工，现代工业的发展和技术水平的提高在很大程度上取决于模具工业的发展水平[1]。3Cr2W8V钢是目前国内外广泛应用的热模具钢，模具的服役条件极其恶劣，在高温状态承受剧烈磨擦和高冲击力，要求材料具有高的强韧性，抗热疲惫性和耐磨性。3Cr2W8V钢含有较多碳化物形成元素，且铬、钨均能提高临界点和回火稳定性[2] ，因而具有较高的抗热疲惫性和高温机械性能，但常常规热处理工艺处理后的3Cr2W8V钢模具在运用中常常发生早期脆断，降低了模具的运用寿命,给生产带来严峻影响，若能改善3Cr2W8V 钢的热处理工艺，使合金元素充分发挥作用，则可有效地提高材料的综合机械性能，满意服役条件的要求，提高模具寿命[3]，因而本课题旨在探讨合金元素和热处理制度对3Cr2W8V钢组织和性能的影响，希望能够得到更好的工艺来满意工业生产中对3Cr2W8V钢的要求，获得更好的力学和机械方面的性能。 2 模具钢概述 2．1 模具钢定义 模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种。用于加工赤热金属或液态金属，使之凝固成形[4]。模具是机械制造、无线电仪表、电机电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量干脆影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与运用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外，主要受模具材料和热处理的影响。 2．2 模具钢的分类 世界上习惯把模具钢按用途归为三大类依据模具材料运用的条件冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。 冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等[5]。冷作模具钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80以上，铬是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢，最高铬质量分数可达13，并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，最高可达2.0-2.3。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。 热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲惫稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一样的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢，碳质量分数在0.30-0.60，属于亚共析钢，也有一部分钢由于加入较多的合金元素（如钨、钼、钒等）而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。 塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有肯定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理形变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形态稳定等。一般状况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。 1塑料模具用钢涵盖广泛，从一般钢材到专用钢才都有。这在塑料模具初期更加明显，如今已日趋正规和高级。特地用钢已自成体系，模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同，但其冶金质量更高，加工精良，对热处理有利。 2塑料模具钢性能要求严格，热处理难度大。 3为避开模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题，模具钢以预硬化形式供应市场已较普遍。 3以石化产品为原料的塑料制品，表现某些程度不同的腐蚀性，所以耐蚀钢应用也较多。 5协作预硬化钢、非调质钢的应用，易切削性也是塑料模具钢的特点。 随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具目前已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高，塑模钢的性能应依据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。 2.3 国内外模具钢探讨现状 国内模具钢现状 目前我国模具用钢广泛，除了工具钢碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多。但常用的只有20余种，而用量最多的是Crl2、Crl2MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。其中Crl2、Crl2MoV的应用量大面广，但在冶炼、铸造、锻造、热处理等方面存在一系列问题。模具运用寿命较低，特殊是产品结构和应用方面还存在着一些问题。1模具钢品种规格少，产品结构不尽合理。2模具钢冶金质量不高。3模具新材料、热处理新工艺和表面强化新工艺应用偏少 [5,6]。 国外模具钢的现状 随着模具制造业的不断发展。对模具钢从冶金质量、数量、性能上要求不断提高[7]。在国外出现高合金、高质、优化、低级材料强化及扩充材料领域等趋向，模具材料由低级向高级发展，发展的趋向是碳素工具钢-低合金工具钢-高合金工具钢，相继出现一系列新型模具材料，模具标准钢的合金化程度也日趋提高。这些钢的运用性能较好，由于合金工具钢标准比较完善合理，针对性较强，具有肯定的先进性、代表性，在国际上信誉较高，而被世界各国广泛采纳。形成国际上的通用化趋势。 此外，国外也不断地研制新钢种。以满意模具工业不断发展的需求。国外相继开发的新型热作模具钢包括高淬透性特大型锻压模具