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表2:
非金属夹杂物水平/级别
A细
A粗
B细
B粗
C细
C粗
D细
D粗
0~
3.脱碳
因该钢属非调质型塑料模具钢,直接加工成模具后利用,故要求脱碳严格。
通过工艺操纵,该钢脱碳属较好水平,脱碳层深度~0.50mm。
见照片一、2。
4.显微组织
该钢生产采取控温轧制、操纵冷却工艺,以取得理想的显微组织,从而保证硬度,知足模具利用状态的硬度要求。
结果该钢的显微组织操纵较好,为细片状珠光体+极断续网状铁素体。
见照片3、4。
5.硬度
为保证塑料模具具有高的耐磨性和利用寿命,一样硬度要求HB285~330。
该非调质型塑料模具钢通过微合金化及采取控轧、控冷工艺,硬度操纵较好,HB300~320中上限范围。
五、讨论分析
所谓非调质钢是在中碳钢中添加微量合金元素(V、Ti、Nb、N等),通过控温轧制(锻制)、控温冷却,在铁素体和珠光体中弥散析出碳(氮)化物为强化相,使之在轧制(锻制)以后不经调质处置,即可取得调质处置后的性能。
研制的P120M钢,从化学成份上看,采纳V进行微合金化,提高Mn含量,并含有必然量的Si和Cr,属铁素体-珠光体型非调质钢。
该钢V含量~%,在钢中形成细小的V(CN)化合物弥散散布在铁素体基体上,起沉淀强化作用,从而提高钢的强度和硬度。
提高Mn含量为~%,可增加钢中珠光体量,提高钢的强度和硬度。
加入~%的Cr,溶入铁素体中产生固溶强化,进一步提高钢的强度和硬度。
含~%的Si,可增加钢中铁素体的体积分数,使晶粒变细,在保证强度和硬度的前提下,有利于改善钢的韧性。
关于非调质钢,只有通过合金化与控轧、控冷相结合,才能充分发挥合金元素的作用,取得理想的显微组织,从而达到最侍的性能成效。
研制的P120M钢,通过V微合金化及适当的Mn、Si、Cr含量,并采纳控轧、控冷工艺,结果取得了理想的显微组织,为细片状珠体+极断续网状铁素体,且珠光体量较多,因此保证了该钢具有很高的硬度,达HB300~320,完全可知足模具利用状态的硬度要求。
六、结论
研制的非调质型塑料模具钢P120M,通过V微合金化及调整Mn、Si、Cr含量,冶炼采纳钢包精炼和真空脱气处置,加工采取控轧、控冷工艺,该钢纯洁度高,低倍组织致密,显微组织为细片状珠光体+极断续网状铁素体,专门是硬度HB300~320,完全可知足塑料模具利用状态的要求,是一种新型的、具有广漠市场前景的塑料模具钢。
D2系列钢共晶碳化物不均匀度水平的研究
D2钢具有高硬度和高耐磨性及良好的抗回火稳固性,是一种普遍应用于冲裁和冷成形模具的高碳高铬型冷作模具钢,其要紧性能指标共晶碳化物的散布形态,对钢材综合性能起着相当重要的作用。
但世界各国标准中对共晶碳化物不均匀度指标的要求却相差专门大,如美国标准中对D2(德国标准,日本标准SKD11)共晶碳化物不均匀度水平不作要求。
东北特钢集团抚顺生产基地D2类冷作模具钢产量居国内前列,但对产品实物共晶碳化物不均匀度水平没有全面、系统的资料介绍,为全面了解东北特钢集团抚顺生产基地D2系列钢共晶碳化物不均匀度实物水平,对D2系列钢共晶碳化物整体水平有一个具体直观的熟悉,用来指导尔后的科琪、定货及生产方向坚东北特钢集团抚顺生产基地D2系列共晶碳化物不均匀度水平进行了全面的解剖分析。
一、取样钢种
D2钢各国标准中成份有微略的不同,但可不能对其碳化物水平有专门大的阻碍,因此取样钢种包括:
国标Cr12MoV、Cr12Mo1V1,美国标准D二、D2MOD,德国标准,日本标准SKD11及国外入口钢料两块(美国)、Cr12MoVS(伯乐公司)。
二、实验方式
为全面具体的反映情形,依照东北特钢集团抚顺生产基地生产的尺寸规格,对所取钢料进行了详细的分类。
⑴扁钢
1.电炉精炼扁钢:
以宽度为依据分为三个品级305(255)、20五、100mm宽,然后各级别再按厚度取料。
2.电渣扁钢:
由于生产量较小,仅取到二个规格。
⑵D2MOD扁钢。
⑶圆钢
圆钢均按国标要求分四个级别取料,具体规格见表4。
1.电炉精炼圆钢。
2.电渣圆钢。
⑷入口钢料。
(美国),尺寸20*40mm;
Cr12MoVS(伯乐公司),试样块。
实验结果及分析
三、从本次实验结果整体来看,按GB/T1299-2000标准,扁钢实物共晶碳化物不均匀度水平按国标评级图片小于等于4级(实物试片视场与评级图片有必然的不同),但整体水平与国外同类产品实物还有必然的差距。
研究说明,阻碍钢材共晶碳化物不均匀的因素有钢的化学成份、冶炼工艺、锻造加工比及加工工艺线路等因素,分析东北特钢集团抚顺生产基地扁钢生产工艺,能够看出锻造加工比是阻碍共晶碳化物不均匀度水平的直接因素。
因为咱们所采取的冶炼及加工工艺都是同种工艺,所选用锭型只有及700方两种锭型,因此不同尺寸的成品材所取得的锻造加工比是直接阻碍共晶碳化物水平的关键因素。
东北特钢集团抚顺生产基地生产的圆钢共晶碳化物实物水平均好于国家标准。
1.扁钢实物水平及分析
通过研究说明,在其它生产工艺基体一致的前提下,锻造加工比对钢材共晶碳化物水平有直接的阻碍,经实验研究,咱们得出表1的结论。
钢材锻造加工比与共晶碳化物级别的关系
钢材锻造加工比
共晶碳化物不均匀度级别(级)
<5
5~6
5~12
3~5
>12
2~3
东北特钢集团抚顺生产基地所生产的精轧扁钢厚度均在10~90mm范围内,宽度大致可分为三个范围,即大于255mm宽、150~250mm宽及小于130mm宽。
国内材及出口材均以精炼钢为主,电渣钢生产较少,因此实验以精炼扁钢为主。
实验结果见表二、3。
精轧精炼扁钢共晶碳化物实物水平
扁钢宽度(mm)
扁钢厚度(mm)
锻造加工比
生产锭型
305
20~40
8~10
,
255
~11
205
9~
105
9~13
700方
40~90
~8
3~4
~9
8~9
表3:
精轧电渣扁钢共晶碳化物实物水平
扁钢尺寸(mm)
305*50
6
<4(网)
Φ400
205*38
3(带)
Φ360
注:
共晶碳化物不均匀度级别按GB/T1299-2000评级图片及有关规定评定
从表二、3中实验结果能够看出,扁钢实物水平与理论研究基体相符。
可是实物显微视场与国标评级图片有必然的不同,完全依照国标评级图片评定扁钢共晶碳化物不均匀度级别有必然的难度。
实物水平见照片1-3。
2.D2MOD钢实物水平
本批D2MOD钢为供美国克鲁次勃公司的电渣扁钢,其尺寸规格均小于115*40mm,该钢客户要求其共晶碳化物不均匀度级别按伯乐公司(BOHLER)评级图片查验,合格级别大致敬相当于国标1-2级,但其结碳化物带席及颗粒大小的要求要严于国标要求。
本批钢材产生选用Φ360锭型,其锻造加工比大于,共晶碳化物不均匀度水平按GB/T1299-2000标准评定为1-2级,其实物水平见照片4。
3.圆钢实物水平
东北特钢集团抚顺生产基地所生产的圆钢尺寸范围为Φ8~450mm,依照GB/T1299-2000标准中所规定的合格级别,选择了相应的圆钢作为代表,实验结果见表4。
表4:
圆钢共晶碳化物实物水平
精炼钢
电渣钢
GB/T1299-2000标准
钢材截面尺寸(mm)
Ⅰ组合格级别(≯)
实物级别
圆钢截面直径(mm)
≤50
3
1~2
19、22
>15
20、30
>13
>50~70
4
55、70
>70~12
5
110
1000
95、100
>9
>120
180
155
218
7
301
456
从表4中能够看出,东北特钢集团抚顺生产基地生产的D5系列圆钢,共晶碳化物不均匀度水平均优于或达到国家标准中较严格的Ⅰ组要求。
4.国外钢料实物水平
本次解剖的入口料共计两块,一块为来自美国的,扁钢尺寸20*40mm;
另一块为试样块,无法了解其具体外形尺寸,分析其化学成份,确信此钢种为Cr12MoVS,较D2钢的区别为硫含量达%,为伯乐公司钢料。
钢料解剖分析后可各,其共晶碳化物不均度水平较好,按GB/T1299-2000标准评级,为1-2级水平。
实物水平见照片五、6。
四、结论
1.东北特钢集团抚顺生产基地生产的D2系列精轧扁钢,共晶碳化物不均匀度实物水平均不大于4级(按GB/T1299-2000标准评级)。
由于受锻造加工比的阻碍,厚度大于40mm的扁钢实物水平在3~4级,厚度在40mm以下的扁钢实物水平可达2~3级。
2.东北特钢集团抚顺生产基地生产的D2系列圆钢,共晶碳化物不均匀度实物水平均优于或达到国家标准中较严格的Ⅰ组要求。
3.扁钢系列实物较国外先进水平还有必然的差距,与国外实物的对照,从伯乐公司的评级图片与国标评级图片合格级别的具体规定及碳化物颗粒、带宽的表现形式上都可看出。
为增加耐磨性而研发的工具钢(CPM10V)
一、CPM冶金工艺
CPM为粉末钢,与传统冶金工艺相较独到的地方在于成锭进程,通过精炼的钢水通过一个喷嘴,高速气体的冲击使其雾化成为微小的球形液滴,快速冷却形成微粒粉末,并在雾
化塔底部搜集起来。
实质上,能够将每一个微小的球状粉末颗粒都视为一个微小的钢锭,由于冷却速度极高,从而阻止了偏析的形成,每一个粉末颗粒的化学元素成份是十分均匀的。
细微的粉末颗粒尺寸和极高的冷却速度使沉淀碳化物的尺寸超级微小,CPM钢细微的碳化物在尔后的加工进程中能持久地维持,直至最终产品。
粉末微粒通过筛分,置于包套中并抽真空和密封,然后在相等于锻造温度的条件下进行热等静压压制(HIP),使其成为完全致密、组织结构均匀、晶粒度细小的钢锭,高碳钢那么呈现出极为均匀的碳化物散布状态。
尽管钢锭是通过热等静压压制成型的,以后的加工工艺完全同传统钢锭一样采纳锻造、轧制等通用手腕进行加工。
可是材料最终性能的改善是庞大的。
二、CMP排除偏析
高合金钢在结晶进程中合金元素会显现偏析的偏向,一样来讲,由于钢锭的中心需要数小时才能结晶,同几分钟就会结晶的表层相较合金元素含量更高,晶体结构更粗大。
高碳工具钢在结晶时,碳化物会大量析出沉淀至晶间,形成网状碳化物,必需对钢进行热处置和热加工才能使如此的铸造组织取得均匀化处置来破碎碳化物网,改善机械性能合计加工性能。
以传统工艺生产的工具钢,不管通过量少的压力加工,都无法排除不均匀的铸造组织残留碳化物,从而对工具钢的制造和性能产生负面的阻碍。
CPM钢是将微小的金属粉末颗粒通过热等静压(HIP)工艺固化在一路,每一个颗粒具有相同的化学成份和散布超级均匀的细小碳化物。
由于粉末颗粒不存在合金元素偏析问题,因此气压制品也就没有偏析问题。
热等静压(HIP)进程是在抑制生成大量碳化物的温度条件下,使微粒间扩散散合,从而形成一个整体。
散布均匀的微小碳化物颗粒也起到了避免晶粒长大的作用,因此最终组织的晶粒是超级均匀细小的。
三、下面两幅图片说明了CPM产品细小均匀散布的央化物和传统产品粗大而不规那么的碳化物之间的明显区别:
传统工艺→冶炼→铸锭→偏析→常规加工工艺→制成品→传统工艺制品组织结构
CPM工艺→穷化制粒→粉末颗粒→热等静压制→制成品→CPM产品组织结构
四、CPM10V的耐磨性
耐磨性=硬度+碳化物
CPM10V耐磨性的提升源自较高的精细的钒的碳化物含量。
工具钢的耐磨性取决于热处置硬度和金相结构中坚硬的合金碳化物的数量及类型,在一样的硬度条件下,D2比A2的耐磨性更好,其要紧缘故是D2中铬的碳化物含量更高一些。
工具钢中最硬和最耐磨的碳化物为钒的碳化物,CPM冶金技术将CPM10V钢中钒的含量提高到10%,从而使钢中钒的碳化物含量达到%,使其大大超过传统制钢工期艺所能充许的钒含量上限,CPM10V已经普遍地被认同为耐磨钢的标准而应用在全新一领域,已经成为CPM高钒钢的杰出代表钢种。
兆悟恒抚顺特钢公司已引进了CPM系列工具钢,来知足客户对耐磨性的不同需要。
以下图为A(5%Cr)、D2(12%Cr)、CPM10V(10%V)铬碳化物、钒碳化物数量散布金相图
五、关于耐磨性和韧性的关系
一样说来,耐磨性的提高就意味着要损失韧性、加工性能和利用性能。
CPM工具钢中发觉最硬的碳化物之一是钒的碳化物,而又采纳粉末冶金技术,因此与传统的工具钢不同,CPM工具钢在具有高耐磨性的同时,仍然维持良好的韧性。
左图为不同钢种耐磨性和韧性对照
六、CPM10V的应用
化学成份:
C%、Cr%、V%、Mo%
由于钒含量达到10%,因此CPM10V的耐磨性超过D2和CPMM4,一样用来做筒衬、回止阀组件、模芯和制粒机刀片,用来加工摩擦性较强的塑料。
H13模具钢低倍偏析的成因分析
H13钢相当于4Cr5MoSiV1,是一种典型的热作模具钢。
在低倍查验中常常显现不同程度的偏析,阻碍钢材的质量。
偏析严峻达到6级以上,为此,有必要对偏析的形成缘故进行分析,以便提高H13钢的低倍水平。
1.试样选择
H13钢是采纳是电炉初炼+VHD精炼的双联工艺冶炼成锭,后经锻造加工形成不同尺寸的棒材。
实验用料是从∣←→∣140mm棒材上取下的,化学成份如下:
元素
Ni
W
Mo
成分
按规定部位从棒材上取低倍试片,侵蚀后偏析为6~7级。
实验用样品确实是从此低倍试片上按扫描电镜的试样尺寸切取。
试样上包括偏析带和基体,以便进行比较分析。
实验第一用金相显微镜和扫描电镜观看偏析形态,夹杂物特点,而后用扫描电镜作元素分析及夹杂物定性,从中找出偏析产生的缘故。
2.实验结果
1偏析的形态特点
低倍试片侵蚀后的宏观特点如照片1。
从照片看出,试样左侧有较重的偏析带,呈现出较明显的黑色条带,右边偏析较轻,其中颜色较浅的为基体。
用扫描电镜在不同放大倍数下,观看偏析带和基体的确良微观特点。
照片2确实是扫描电镜的二次电子像。
左侧为偏析带,右边为基体。
从2-1照片看,偏析带上类似网状的白色区域几乎连成一片,黑色区域很少。
基体上白色网状明显减少,呈断续开头黑区占多数。
白色类似网状的确实是低倍试片上易受侵蚀的区域,因此在低倍试片上偏析带表现出较深的颜色。
照片2-2是较高倍数的特点。
为表达方便,二次电子像中的白区称为A区,黑区称为B区。
确实是说,偏析带上A区远多于B区,基体相反。
因此只要测试出A区和B区的不同,就可知偏析带与基体的不同。
为此咱们做了两个区域的元素分析。
2元素分析
选择视场如照片3左上角的二次电子像,大约放大130倍,照片上的白线确实是电子束线扫描的位置,包括二个A区和二个B区。
实验条件显示在照片3右上角。
试样移动的距离为04mm。
元素分析结果如照片3中六条曲线,别离显示白线位置上Mn、Si、Mo、C、Cr、V六元素的转变。
由此看出,A区的C、Mo、Cr、V明显高于B区,而且这些元素在A区的散布不是均匀持续的,有不同程度的波动,专门是C、Mo、V更为明显。
由引此推测这些元素多是以颗粒状的形式存在。
用半定量粗略估量:
B区中的C约为A区的56%,Cr约为84%,V约为68%,Mo约为62%,Si、Mn在两区间无不同。
由此可知,偏析带是C、Cr、Mo、V元素的富聚形成的。
为了进一步弄清楚这些元素在偏析带及基体中的存在形式及散布状态,咱们又做了组织观看和部份定性分析。
3组织观看及定性
Ⅰ.一次相和夹杂物的特点及定性
磨抛好的金相样品不侵蚀,观看一次相及夹杂物在偏析带和基体上的散布。
观看发觉:
样品上一次相有明显的边界,有必然形状,如四方、三角、长条等,而且在显微镜下呈淡黄色,这些相在偏析带上的数量明显多于基体。
样品中还有黑色夹杂物点状,数量明显少于一次相,散布较均匀。
如照片4。
另外,在观看中变换焦距隐约约约看到小颗粒聚集散布,可是不易分辩偏析带与基体的区别。
为了确信一次相及夹杂物点状中所包括的元素,对此作了元素面扫描:
成份相中黑色一次相是(V、Ti)(C、N),可是,在不同的一次相颗粒中,所含元素的含量不是一样的,有的可相差专门大,有的颗粒中还有明显的Mo。
夹杂物点状的面扫描是C、O、Mo、Al、Ti、V六元素的面扫结果。
上边黑颗粒是Al、Mg的氧化物,外边包着V、Ti的碳化物(合金中不是所有的氧化物周围都有V、Ti的碳化物),左图颗粒是近似四方形,是(V、Ti)(C、N)。
Ⅱ.组织特点
磨抛好的金相样品,用苦味酸试剂侵蚀后,观看组织为球状珠光体,如照片5,左侧为偏析带组织,右边为基体。
从照片5-1可明显看出:
偏析带上以渗碳体为主的小颗粒密集区。
为了解小颗粒密集区与低倍偏析带上A区、B区的关系,咱们把金相样品作了深侵蚀,在金相显微镜中进行对照,结果如照片5-2。
从5-2看出,小颗粒密集区容易受侵蚀而变黑。
偏析带上的黑区明显多于基体。
在低倍侵蚀时,小颗粒密集区一样会优先侵蚀,如照片5-3,其规律与金相相似。
只是金相,低倍侵蚀条件有不同,低倍的侵蚀力远大于金相,虽都优先侵蚀,侵蚀程度不同,表现出的特点也稍有不同,能够说是大同小异。
因此金相试样中小颗粒密集区确实是低倍试片上的A区,非密集区确实是B区。
4硬度测定
从以上的分析可知,偏析带是Cr、Fe渗碳体小颗粒和一次碳氮化物密集的地址,如此偏析带与基体的硬度应有不同。
为此,咱们在侵蚀后的金相试样上打魏氏硬度,结果是:
偏析带测量5点的平均值为154,基体平均值为143。
由此可见:
偏析带的魏氏硬度高出基体(HV10=11)
三、讨论
以上的测试结果可知,H13合金低倍试片的组织为球状珠光体。
珠光体中Cr、Fe渗碳体小颗粒在合金中是不均匀散布,显现渗碳体小颗粒密集区,非密集区。
合金中还有具有必然形状,如四方、三角形等,有明显边界,呈淡黄色的一次碳氮化物为(V、Ti、Mo)(C、N),而在这些碳氮化物中各元素的含量有明显的不同。
碳氮化物在合金中的散布是不均匀的,与渗碳体小颗粒的散布状态相一致,即渗碳体小颗粒的密集区中,碳氮化物也多。
合金名点状夹杂物为Al、Mg氧化物,有的在其外边由V、Ti碳氮化物包围着,其散布较均匀。
偏析条带的组织和基体相较有明显的不同,偏析带上的渗碳体小颗粒密集区明显多于基体,一次碳氮化物也多于基体,硬度稍高于基体。
金相的深侵蚀实验证明,渗碳体小颗粒是易受侵蚀优先变黑,低倍一样道理,只是低倍的侵蚀能力大于金相,因此显示出比金相更黑,受侵蚀面大的特点。
另外,从低倍偏析带上A、B两区的元素分析特点来看,各元素的峰值是对应相应的颗粒。
H13钢在低倍查验中都有不同程度的偏析显现,这与该钢种的合金化与生产工艺有关。
改善偏析的全然方法是有合理的冶炼,加工工艺,并选择适当的退火工艺可改善偏析状况,减轻偏析级别。
①H13钢低倍试片的组织为球状珠光体,渗碳体中要紧元素是Cr、Fe,一次相碳氮化物为(V、Ti、Mo)(C、N),点状夹杂物为Al、Mg氮化物,有的外边由V、Ti碳化物包围着。
②H13钢低倍偏析带是由于合金中显现C、Cr、V、Mo、Ti等元素偏析,从而形成渗碳体小颗粒,一次相碳氮化物的偏聚,低倍侵蚀时,它们优先侵蚀,形成偏析带。
4合金成份确信后,选择合理的冶炼,加工工艺及退火工艺,可减轻偏析级别。
参考文献:
显微分析编辑级、显微分析技术资料汇编、科学出版社,1978
陈世朴、王永瑞,金属电子显微分析,机械工业出版社,1982
D2钢“黑斑点”属性的研究
在对工具钢D2进行宏观查验时,发此刻横向酸浸低倍片半径1/2处,偏析处及中心部位,显现比基体颜色深的“黑斑点”,如图一、图2。
以往,常将“黑班点”
做为点状偏析来评定,严加操纵,因此,严峻阻碍了出口材的成材率和正常交货,为了确保D2钢的质量,又为人为造成没必要要的损人,咱们对“黑斑点”的属性进行了研究。
⑴实验结果
1.宏观查验
将酸浸后的低倍片,在充沛的光线下,用肉眼或借助放大镜进行观看,如图1。
这种过去被判为“点状偏析”的“黑斑点”与38CrMoAl钢的点状偏析的特点、点的大小、散布状态有所不同,而与结构钢的一样疏松相似。
2.断口查验
将有“黑斑眯”横向低倍处上的“黑斑点”处打断口,进行断口观看,如图3。
在低倍片上有“黑斑点”处的断口上有一条比基体组织颜色略暗一些的条带,但无夹杂物和裂纹等缺点。
断口为正常纤维状断口。
3.金相查验
从退火材黄向低倍试片上有中心疏松、“黑斑点”、正常基体处各取一块金相试样,磨平,抛光,侵蚀后进行观看。
从图中能够看出:
中心疏松(图4)和“黑斑点”(图5)处的碳化物都比较密集,而且碳化物的块都比较大,基体均为粒状珠光体;
正常基体处(图6)的碳化物的块比较细小,数量也比中心疏松和“黑斑点”处的要少些,基体为粒状珠光体,三都无明显区别。
将上述三个试样进行淬火观看,如图(中心疏松)、图8(黑斑点)、图9(正常基体)。
与退火组织相较,碳化物块的尖锐程度有所减轻;
而且细小的碳仳物明显少于退火态,
这是由于在淬火加热进程中,低倍点碳化物溶入奥氏体中的缘故。
中心疏松和“黑斑点”处的碳化物大小、数量基体差不多,但都比正常基体处的碳化物的数量要多,而且块也大。
三者基体均为M+少量残余A。
4.硬度查验
从退火态的低倍片上的同一圆周上的不同位置的“黑斑点”和正常基体进行硬度测试,测试结果和中心疏松处的硬度比
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