【摘 要】
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精密模具是高端装备制造的重要基础部件。随着装备制造的大型化、复杂化、精密化,现有模具材料已难以满足现代装备制造的新要求,迫切需要开展新型模具钢合金设计与制备。本文以新型中镍、含氮4Cr4Mo3Ni5V2N热作模具钢为对象,研究不同热处理工艺对模具钢组织和性能的影响规律,探索最优热处理工艺,以充分发挥合金元素的强韧化作用。研究结果对于含镍热作模具钢成分和工艺设计、开发高性能热作模具钢具有重要意义。淬
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精密模具是高端装备制造的重要基础部件。随着装备制造的大型化、复杂化、精密化,现有模具材料已难以满足现代装备制造的新要求,迫切需要开展新型模具钢合金设计与制备。本文以新型中镍、含氮4Cr4Mo3Ni5V2N热作模具钢为对象,研究不同热处理工艺对模具钢组织和性能的影响规律,探索最优热处理工艺,以充分发挥合金元素的强韧化作用。研究结果对于含镍热作模具钢成分和工艺设计、开发高性能热作模具钢具有重要意义。淬回火工艺研究结果表明,4Cr4Mo3Ni5V2N热作模具钢淬火组织主要为板条马氏体、残余奥氏体以及未溶的碳化物。淬火温度低于1100℃时,组织中存在大量未溶解的二次碳化物,导致硬度偏低。提高淬火温度,促进碳化物溶解。回火温度在300℃以下,马氏体形态基本不变,析出渗碳体,硬度降低。随着回火温度升高,析出纳米级二次碳化物,产生二次硬化现象。550℃以上回火,马氏体粗化明显,硬度下降。4Cr4Mo3Ni5V2N模具钢最优的淬回火工艺为1150℃淬火、525℃回火,此时硬度可达60.1 HRC。淬火-碳分配-回火（QPT）热处理工艺研究结果表明,淬火后进行碳分配处理,可增加残余奥氏体含量。随着碳分配温度升高,马氏体位错密度降低,析出的M3C条状碳化物增多,残余奥氏体含量提高。由于M3C碳化物对碳元素的消耗,使回火后析出的纳米级二次碳化物数量减少,模具钢淬回火硬度有所降低。与通常淬回火工艺相比,QPT处理的模具钢冲击韧性提高了20%以上。双重淬火热处理工艺研究结果表明,双重淬火处理能够细化晶粒,改善晶粒尺寸均匀性,有利于改善模具钢硬度和韧性匹配。随着一次淬火温度的升高,双重淬火后晶粒尺寸减小,晶粒尺寸均匀性提高,硬度上升。4Cr4Mo3Ni5V2N热作模具钢最优的双重淬火工艺为:1150℃一次淬火后,600℃回火2h;而后在850℃保温2h,冷却到650℃等温退火;最后在1150℃二次淬火,525℃回火2次,每次2h。
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