1绪论
1.1引言
工业技术的迅速发展，对产品生产成本的降低，生产效率和产品质量的提高，以及原材料利用率的提高，都提出了更高的要求，为此国内外制造工业广泛的采用各种先进的无切削、少切削工艺，如精密冲压、精密锻造、压力铸造、冷挤压、热挤压及等温超塑成型等新工艺技术。这些新工艺的应用促使了模具工业的快速发展，目前我国模具工业总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。尽管我国模具工业的发展非常迅速，但现阶段还不能全面满足国内需求，每年中高档模具仍需从国外大量进口。目前，我国的模具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比，仍存在较大差距，急需采取各种方式提高模具寿命。提高模具寿命可以从提高模具材料性能、模具设计与制造水平、模具的热处理技术以及模具维护水平等诸多方面入手。热处理对模具的性能有着重要的影响，通过热处理可以使模具钢具有必要的强韧性，大幅度提高模具的寿命，因此为了提高我国模具工业的技术水平，充分发挥现有材料的潜力，非常有必要的对模具钢的热处理工艺及技术进行全面深入的研究。塑料模具和热作模具是当前我国模具工业的两类主要模具，在模具工业中占据着重要的位置。
热作模具的工作条件极为恶劣复杂，他们都是直接与加热的坯料甚至液态金属相接触，并且在服役过程中不仅需要反复地被加热和冷却，而且还受到冲击载荷的作用，因此为了满足热作模具的使用要求对热作模具钢的性能有极为苛刻的要求。当前热作模具普遍存在的问题为高温磨损、冷热疲劳失效以及局部强度不足引起的坍塌等，解决这些问题需要研究开发新型的热作模具钢材料，但是在现有材料的的基础上通过热处理及表面处理来改善并提高模具各项性能指标，提高模具的使用寿命也是极为重要的。近年来塑料工业取得了迅猛发展，已经和钢铁、水泥、木材成为现代社会的四大基础材料，而大量的塑料产品需要用模具压制成型，这就促使塑料模具也获得了飞速发展，其产值在整个模具工业中已经占据首位。目前塑料模具主要向大型化、高精度、复合型的方向发展，这对模具材料的性能提出了越来越高的要求，因此需要开发新的性能更加优良的塑料模具钢，除此以外也可以通过先进的冶炼工艺、锻轧工艺以及优化热处理工艺来提高模具钢的性能增加塑料模具的使用寿命。
1.2热作模具钢钢种的发展
我国传统上热做模具用钢主要是SCrMnMo、SCrNIMo和3CrZw8V三个钢号，其中SCrMnMO主要用于小型热锻模，SCrNIMo主要用于大中型热锻模，但由于这两种钢的淬透性和淬硬性不足，热稳定性也差对于更大截面或更高温度的热锻模他们难以胜任[4]。3crZwsv钢具有很高的热稳定性高使用温度达650℃，以前广泛用于黑色和有色金属热挤压模和Cu、AI合金的压铸模，但是这种钢的导热性能低造成其冷热疲劳性能差模具使用寿命不高，现在已经逐渐退出市场。当前，由于被加工材料加工难度的增大以及锻压机械的能力增大和加工件形状趋于复杂等因素，对热作模具用钢性能的要求越来越高，为了适应这种变化提高热做模具钢的性能，国内外的研究工作者经过多次研究试制后，相继研发了一些综合性能高的热作模具钢。山于传统上的热锻模具钢SCrMnMO和SCrNIMO在较大截面和较高温度时热稳定性、热疲劳性及淬透性不足，国内开发了SCrZNIMoVSi、45CrZNIMoVSi、3CrZMoWVNi等大截面热锻模具钢。该类钢与SCrNIMo、SCrMnMo，其淬透性和热稳定性明显提高。其中45crZNIM0vsi经过调质后可以在500x500mm截面上保持表面和心部的硬度几乎一致，实测45CrZNIMoVSi的钢的高温性能优于scrNIMo。高淬透性热锻模具钢国外有代表性的钢号有国际标准150中的40NICrMov7，法国NF标准中的_40NCD16等，他们适用于制造模块截面较大的大型锻压模具，其淬透性高于通用型锻压模具钢。在中小锻模上SCrMnMO和SCrNIMO的高温性能难以满足模具表面工作温度较高的要求，为此国内开发出了3Cr3Mo3VNb和4Cr3Mo3w4VNb等新型中小热锻模具钢。这两种钢与传统中小锻模钢相比具有高的淬透性、热稳定性、低的过热敏感性、宽的淬火加热温度而且不易出现回火脆性，这些性能的提高主要得益于他们较多的Mo含量以及V和Nb的加入，另外与3Cr3Mo3VNb钢相比4Cr3Mo3w4VNb钢还含有较高的w这使其高温强度和热稳定性进一步得到提高。
2 P20塑料模具钢淬火及回火组织性能的研究
2.1引言
近年来，我国模具工业发展迅速，目前我国模具总产值己跃居世界第三，仅次于日本和美国，其中塑料模具的产值已在模具工业总产值中占据首位t63]。P20(3cr2Mo)塑料模具钢是当前国内外应用最为广泛的塑料模具钢，它具有良好的耐磨性、耐蚀性、切削加工性能、抛光性能，主要用于大型、精密、复杂的注塑型塑料模具。P20模具钢是一种预硬型塑料模具钢，在制造模具时，为避免热处理过程中模具发生变形和产生裂纹，制模前要求对其进行预硬化处理，其预硬化硬度范围通常在28-35HRC，在该范围内P20具有较好的机械加工性能。本章为了提高PZO塑料模具钢的预硬化质量，研究了PZo钢的淬火及回火组织，测定了其淬火及回火硬度，并对其预硬化工艺进行了优选。
实验前把试料加工取25块分五组，同一组在相同的温度下淬火，淬火后进行微观组织观察和硬度的测定，对淬火后的试样回火处理，经过相同温度淬火的同一组试样分别采用不同的温度回火，回火后进行微观组织观察和硬度的测定。为制取金相试样先采用水砂纸由粗到细将试样块的一个面磨平，然后用金刚石抛光膏手动抛光，最后采用4%硝酸乙醇溶液腐蚀抛光面。淬火工艺:淬火温度分别为:800oC、830’C、860oC、890’C、920OC，到温后试样入炉，入炉后炉温会有所下降，待温度重新恢复后开始计时一保温，保温时间为30min，出炉后迅速入油并不断搅动油液，淬火采用的是20#机油。为防止钢材表面氧化脱碳，试样入炉前涂抹有洛阳某厂家生产的FTY型防氧化脱碳涂料。
2 P20塑料模具钢淬火及回火组织................... 19-29
2.1 引言................... 19
2.2 实验材料和方法................... 19-20
2.3 试验结果和分析 ...................20-28
2.4 小结 ...................28-29
3 正交试验法应用于H13热作模具钢热................... 29-43
3.1 引言................... 29
3.2 实验材料和方法................... 29-32
3.3 试验结果及分析................... 32-41
3.4 小结 ...................41-43
4 P20塑料模具钢两相区热处理对................... 43-62
4.1 引言................... 43
4.2 试验材料与方法................... 43-45
4.3 试验结果及分析................... 45-60
4.4 小结................... 60-62
结论
(1)P20钢800一920℃淬火得到的板条马氏体及淬火后晶粒尺寸随淬火温度的升高有粗化的趋势但是并不明显，直到890℃刁‘明显粗化，因此，P20钢的淬火温度以860℃为宜;P20钢随回火温度升高，回火硬度下降，在马氏体板条边界析出的条或棒状的碳化物断裂，碳化物析出增多并逐渐球化聚集长大，而且可以发现随回火温度升高板条边界逐渐变得模糊，有些板条合并变宽，这些回火过程中的变化导致材料回火后硬度降低;P20钢经620℃回火后其回火硬度为32.8一35.SHRC，能满足预硬化硬度要求，830-890℃淬火620℃回火时回火硬度几乎不受淬火温度的影响，这将有利于工厂组织生产，因此，P20钢的热处理工艺为860℃x3Omin淬火+620oCxlh回火。
(2)对H13拉伸正交试验结果进行方差分析，结果表明除第一次回火温度对屈服强度的影响不显著外，淬火、回火温度对材料的强度指标的影响均显著。除第二次回火温度对断面收缩率的影响显著外，淬火、回火温度对其他塑性指标影响不显著;H13淬火后获得板条马氏体组织，随淬火温度升高，硬度先增加后基本保持不变，淬火温度1040℃为宜;对回火硬度及拉伸试验数据分析表明，淬火温度越高回火稳定性越好，经二次不同温度回火后回火硬度主要受较高的那次回火温度主导，最高回火温度为600℃时，回火后材料的综合力学性能较好，且第二次回火温度低于600℃的两次回火后的力学性能比第一次回火温度低于600℃的性能要好，据此认为，1O40OC淬火，第一次回火温度为600℃第二次回火温度为580℃的热处理工艺将使材料获得良好的综合性能。
参考文献
陈再枝，马党参.我国模具钢的发展战略分析[J].钢铁，2006，41(4):5-9
崔昆.国内外模具用钢发展概况[J].金属热处理，2007，32(l):1-11
于波，谢建庆，王霆.新型热作模具用钢的发展现状及应用[J].热处理技术与装备，2008，26(9):6-8
赵吕盛.模具材料及热处理手册[M].北京:机械[J]:业出版社，2008
朱宗元.我国热作模具钢性能数据集(续VII) [J].机械一程材料，2001，25(8):38-40
朱宗元.我国热作模具钢性能数据集(续m) [J]机械二程材料，2001，25(4):39-58
姜超，陈林.国内外模具钢生产现状及发展[J].山西冶金，2006，29(2):712
史正良，刘金龙.热作模具钢的选择与应用[J].煤矿机械，2007，28(12):126-129
方健儒，姜启川，赵宇光，等.铸造热锻模具钢的研究与应用[J].铸造，2002，5l(l):7-10
CuiXianghong，ShanJun，YangZiyUn，etal.http://sblunwen.com/cnc/AlloyingDesignforHighwear-ResistantCastHot-ForgingDieSteels.JournaloflronandSteelResearch，2008，15(4):67-72