微合金化压铸模具钢力学性能研究(附件)【字数：11747】
钢的微合金化是材料与冶金领域的一项高新技术，将微量的金属元素如Ti、Mn、Ni等加入钢中，提高钢的强韧性，从而可以在低成本投入的情况下使钢的综合性能明显提高。如今，关于微合金化压铸模具钢力学性能的研究有很多，而关于不同Ni、Mo、Si、Mn含量的微合金化压铸模具钢力学性能的研究较少，有必要研究微合金化压铸模具钢力学性能。本课题研究不同Ni、Mo、Si、Mn含量对模具钢力学性能的影响，分成3种钢，407钢，Dievar钢，U2钢。对比研究不同含Ni、Mo、Si、Mn量模具钢硬度、拉伸性能和冲击性能，探讨Ni等元素对模具钢力学性能的影响规律。研究结果表明(1)三种钢的硬度由大到小为Dievar钢、U2钢、407钢(2)抗拉强度由高到低为U2钢、Dievar钢、407钢，屈服强度由高到低为U2钢、Dievar钢、407钢，塑性由高到低为Dievar钢、407钢、U2钢；(3)冲击韧性由好到差为Dievar钢、407钢、U2钢。关键词微合金化；模具钢；硬度；拉伸性能；冲击性能
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 微量元素在合金中的作用机制 3
1.3.1 微量 Si 3
1.3.2 微量 Mn 4
1.3.3 微量 Mo 4
1.3.4 微量Ni 5
1.3.5 微量W 5
1.4 三种钢的简介 5
1.4.1 407钢的简介 5
1.4.2 Dievar钢的简介 6
1.4.3 U2钢的简介 7
1.5 选题的目的及意义 8
1.6 本课题的研究内容 9
第二章 三种钢的力学性能试验 10
2.1 钢的热处理工艺 10
2.1.1 预先热处理工艺 10
2.1.2 最终热处理工艺 10
2.2 硬度试验设备及方法 11
2.3 拉伸试验设备和方法 13
2.4 冲击试验设备和方法 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 第三章 实验结果和分析 16
3.1 硬度实验 16
3.2 拉伸实验 18
3.2.1 三种钢拉伸试验结果与分析 18
3.2.2 拉伸试验断口形貌及分析 20
3.3 冲击实验 21
3.3.1 三种钢冲击试验结果与分析 21
3.3.2 冲击试验断口形貌及分析 22
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 引言
世界上钢的微合金化的提法最早出现在1960左右，随后慢慢的被人们接受和认同。微合金化并不是一个非常精准的概念，通常指将微量的Ni、Mo、Ti等碳氮物形成元素添加到含有某种主要合金元素的钢种，这样的话将会对钢的力学性能产生某些影响，有可能对耐蚀性有作用，有可能对耐热性有影响，也有可能对硬度有影响等等变化。根据微合金化的钢类及品种，可以添加不同量以及不同的微合金元素，而且这种添加量和主加合金元素相比是非常小的，例如非调质结构钢中微合金元素的添加量在0.04%左右，而加入至高温合金中的微合金元素的含量却高达2%左右。只有符合热轧低碳和超低碳的条件才称之为微合金化钢，下面是几个关于微合金钢的共识：
(1)在钢的热处理过程中将某些碳氮化物形成元素加入其中，将会产生溶解一析出行为，从而提高钢的力学性能。
(2)顾名思义，这些元素的添加量是微量的，钢的主要通过细化晶粒来进行强化，有时候也可以通过沉淀硬化。
(3)在微合金化钢中可以通过控轧控冷工艺进行性能强化，微合金化钢因为其中含有的合金元素很少，但是其强度高于一般的钢，所以我们也称其为新型的低合金高强度。钢的微合金化非常的重要，它和控轧控冷技术相结合，对微合金化钢研究以及投入量产有着重要的影响[1]。
我们习惯将模具材料中的模具钢分为三大类，热作模具钢就是其中之一，它是用来制造热作模具的模具钢。热作模具钢根据模具制作程序的不同可以被分为分为三大类：锤锻模具钢、热挤压模具钢、压铸模具钢。所谓的压铸模具钢是指将液态金属在高压下浇灌到模具中。因为我们是将高温的液态金属浇灌到模具中并且需要持续较为长的时间，因此我们就要求压铸模具钢必须拥有高的耐热疲劳性，较高的导热性，良好的耐磨性以及耐蚀性和较为合适的高温强度。
目前常用的要压铸模具钢可以被分为锌合金、铝合金、镁合金、铜合金和黑色金属五大类。压铸模具钢要根据浇注温度和浇注金属的种类才能决定其种类[2]。
1.2 国内外研究现状
铌拥有着许多的功能，其中较为重要的是可以细化内部组织的晶粒以及提高材料的韧性，所以我们在许多常用的的模具钢的成分表中看到铌这一元素，铌可以使得其各项性能更加的优异。现在模具钢的改进和研究已经取得一些令人瞩目的成绩，如今比较常用的含铌模具钢数量不少，下面简单介绍几种:热作模具钢5Mn15Cr8Mo3V2Nb，冷作模具钢有6Cr4W3Mn2VNb，塑料模具钢有0Cr16Ni4Cu3Nb[3]。
胡心彬通过对5Cr4W4MoVNb(又称JM钢)的性能研究发现，它的性能和3Cr2W8V钢有以下的区别：
JM钢在经过1120℃淬火，560℃回火的热处理后呈现明显的二次硬化现象，经1160℃淬火后进行580℃回火这种现象并不会消失，该钢拥有着良好的抗回火软化能力，而且其热稳定性经过两种钢的对比也显得优秀。
JM钢在常温和500℃左右时的力学性能如硬度和强度以及热疲劳性能更好一点，经过对平时使用状况的研究，JM钢的使用寿命大大的超过了3Cr2W8V钢。
(3) 两种钢的制造工艺区别不大，没有什么比较非凡的要求[4]。
另外一方面，日本的N.TSUJII[56]等也研究了H11钢中的微量铌对其高温低周疲劳行为产生的影响。N.TSUJII等以H11(AISI)为基础，然后降低Cr的含量，增加Mo的含量，而且添加微量Nb(含量为0.07%)，他们将此钢称为H11M钢。上述两种钢保温在1303K是我的温度一段时间然后空冷到室温，之后测定这两种钢不同温度下回火的硬度变化，并记录下来。研究结果表明，H11M钢在经过891K回火后其硬度仍然能够保持为48HRC，然而H11钢必须要在在873K的温度下回火才能得到与其相同的硬度，因此，我们可以得出这样的结论，H11M钢的高温强度比H11钢的高温强度要好。在873K真空下进行高温低周疲劳强度测试。经过分析表明，H11M钢的塑性和断裂韧度随着高温硬度提高而降低，因而其使用寿命并不是预料之中的那样增加。
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第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 微量元素在合金中的作用机制 3
1.3.1 微量 Si 3
1.3.2 微量 Mn 4
1.3.3 微量 Mo 4
1.3.4 微量Ni 5
1.3.5 微量W 5
1.4 三种钢的简介 5
1.4.1 407钢的简介 5
1.4.2 Dievar钢的简介 6
1.4.3 U2钢的简介 7
1.5 选题的目的及意义 8
1.6 本课题的研究内容 9
第二章 三种钢的力学性能试验 10
2.1 钢的热处理工艺 10
2.1.1 预先热处理工艺 10
2.1.2 最终热处理工艺 10
2.2 硬度试验设备及方法 11
2.3 拉伸试验设备和方法 13
2.4 冲击试验设备和方法 14< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 第三章 实验结果和分析 16
3.1 硬度实验 16
3.2 拉伸实验 18
3.2.1 三种钢拉伸试验结果与分析 18
3.2.2 拉伸试验断口形貌及分析 20
3.3 冲击实验 21
3.3.1 三种钢冲击试验结果与分析 21
3.3.2 冲击试验断口形貌及分析 22
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 引言
世界上钢的微合金化的提法最早出现在1960左右，随后慢慢的被人们接受和认同。微合金化并不是一个非常精准的概念，通常指将微量的Ni、Mo、Ti等碳氮物形成元素添加到含有某种主要合金元素的钢种，这样的话将会对钢的力学性能产生某些影响，有可能对耐蚀性有作用，有可能对耐热性有影响，也有可能对硬度有影响等等变化。根据微合金化的钢类及品种，可以添加不同量以及不同的微合金元素，而且这种添加量和主加合金元素相比是非常小的，例如非调质结构钢中微合金元素的添加量在0.04%左右，而加入至高温合金中的微合金元素的含量却高达2%左右。只有符合热轧低碳和超低碳的条件才称之为微合金化钢，下面是几个关于微合金钢的共识：
(1)在钢的热处理过程中将某些碳氮化物形成元素加入其中，将会产生溶解一析出行为，从而提高钢的力学性能。
(2)顾名思义，这些元素的添加量是微量的，钢的主要通过细化晶粒来进行强化，有时候也可以通过沉淀硬化。
(3)在微合金化钢中可以通过控轧控冷工艺进行性能强化，微合金化钢因为其中含有的合金元素很少，但是其强度高于一般的钢，所以我们也称其为新型的低合金高强度。钢的微合金化非常的重要，它和控轧控冷技术相结合，对微合金化钢研究以及投入量产有着重要的影响[1]。
我们习惯将模具材料中的模具钢分为三大类，热作模具钢就是其中之一，它是用来制造热作模具的模具钢。热作模具钢根据模具制作程序的不同可以被分为分为三大类：锤锻模具钢、热挤压模具钢、压铸模具钢。所谓的压铸模具钢是指将液态金属在高压下浇灌到模具中。因为我们是将高温的液态金属浇灌到模具中并且需要持续较为长的时间，因此我们就要求压铸模具钢必须拥有高的耐热疲劳性，较高的导热性，良好的耐磨性以及耐蚀性和较为合适的高温强度。
目前常用的要压铸模具钢可以被分为锌合金、铝合金、镁合金、铜合金和黑色金属五大类。压铸模具钢要根据浇注温度和浇注金属的种类才能决定其种类[2]。
1.2 国内外研究现状
铌拥有着许多的功能，其中较为重要的是可以细化内部组织的晶粒以及提高材料的韧性，所以我们在许多常用的的模具钢的成分表中看到铌这一元素，铌可以使得其各项性能更加的优异。现在模具钢的改进和研究已经取得一些令人瞩目的成绩，如今比较常用的含铌模具钢数量不少，下面简单介绍几种:热作模具钢5Mn15Cr8Mo3V2Nb，冷作模具钢有6Cr4W3Mn2VNb，塑料模具钢有0Cr16Ni4Cu3Nb[3]。
胡心彬通过对5Cr4W4MoVNb(又称JM钢)的性能研究发现，它的性能和3Cr2W8V钢有以下的区别：
JM钢在经过1120℃淬火，560℃回火的热处理后呈现明显的二次硬化现象，经1160℃淬火后进行580℃回火这种现象并不会消失，该钢拥有着良好的抗回火软化能力，而且其热稳定性经过两种钢的对比也显得优秀。
JM钢在常温和500℃左右时的力学性能如硬度和强度以及热疲劳性能更好一点，经过对平时使用状况的研究，JM钢的使用寿命大大的超过了3Cr2W8V钢。
(3) 两种钢的制造工艺区别不大，没有什么比较非凡的要求[4]。
另外一方面，日本的N.TSUJII[56]等也研究了H11钢中的微量铌对其高温低周疲劳行为产生的影响。N.TSUJII等以H11(AISI)为基础，然后降低Cr的含量，增加Mo的含量，而且添加微量Nb(含量为0.07%)，他们将此钢称为H11M钢。上述两种钢保温在1303K是我的温度一段时间然后空冷到室温，之后测定这两种钢不同温度下回火的硬度变化，并记录下来。研究结果表明，H11M钢在经过891K回火后其硬度仍然能够保持为48HRC，然而H11钢必须要在在873K的温度下回火才能得到与其相同的硬度，因此，我们可以得出这样的结论，H11M钢的高温强度比H11钢的高温强度要好。在873K真空下进行高温低周疲劳强度测试。经过分析表明，H11M钢的塑性和断裂韧度随着高温硬度提高而降低，因而其使用寿命并不是预料之中的那样增加。
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