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预硬型模具钢是制造高品质塑料模具的首选钢种,随着我国模具工业的迅速发展,该钢种具有良好的应用前景。但是,由于国产钢在性能上的欠缺,进口钢占据了大部分市场份额。为了改变这一局面,本论文采用了“加快材料熟化的方法”,借助国际通用的热力学和动力学计算软件Thermo-Calc & DICTRA对预硬型塑料模具钢的成分和工艺进行优化设计,并依托工业应用的背景,在基本不增加成本的前提下,有效提高了国产钢的性能,使之达到了世界优质同类钢种ASSAB718的性能水平,并且在此基础上研制了性能良好、具有一定应用前景的新型易切削钢种。 本文通过对比性测试与研究,发现进口与国产大截面预硬型塑料模具钢的常规力学性能接近,而结合金相观察和SEM&EDX分析可以看出国产钢中氧化物夹杂含量较高,以氧化铝为主;而ASSAB718钢中以塑性相硫化物夹杂为主,多以硫化锰包裹氧化铝的形式存在;通过低速车削试验和抛光试验,综合检测了刀具后刀面磨损量、切削力及加工试样表面粗糙度等性能指标,结果发现,国产钢与ASSAB718钢性能上的主要差距在于切削加工性能。由于钢中非金属夹杂物是影响切削加工性能的主要因素,硫化物在切削时的变形和减摩作用可以提高切削性能,而高硬度、高熔点的氧化铝夹杂对硬质合金刀具的磨损作用则大大降低了国产钢的切削性能,所以消除或改性钢中氧化物夹杂应成为提高其性能的主要手段。 Thermo-Calc & DICTRA软件系统中基于Gaye模型建立的SLAG数据库以及基于CALPHAD方法建立的热力学计算系统是计算炼钢过程中多元多相体系相平衡关系的有力工具,根据计算结果可以对炼钢过程中非金属夹杂物的形成过程及其影响因素进行预测。本文通过对国产钢和ASSAB718钢中夹杂物析出类型的预测,指出不合理的成分配比是造成国产钢中氧化铝夹杂物较多的原因,并据此对国产钢的成分进行了优化设计,指出其主要成分碳、锰、硅、铬、镍和钼的重量百分数应分别在0.36～0.42wt%,1.35～1.45wt%,0.2～0.3wt%,1.8～2.0wt%,0.8～1.0wt%和0.2～0.4wt%范围之间。对调整成分后的国产钢的测试证明,氧化铝夹杂含量显著下降主要代之以硫化锰包裹细微氧化铝质点的复合夹杂物,其切削