微氮合金化热作模具钢强韧化机制及工艺调控探究
发布时间：2020-12-31 20:00
目前,氮在不锈钢中的应用及微观作用机理已得到广泛报道,其在模具钢中的应用和作用机理研究很少。课题组结合氮的作用机理,提出在Cr-Mo-V系模具钢中添加氮元素,从而提高其硬度并保证良好韧性的合金化思路。本文通过对经氮合金化的Dievar和8Cr3两种模具钢进行组织性能测试以及工艺优化试验,验证了模具钢微氮合金化思路的合理性。借助热膨胀相变仪、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、三维原子探针（3DAP）等测试分析设备系统地研究了氮在Cr-Mo-V热作模具钢中的溶解析出行为及作用机制。主要得出了以下结论:（1）微量氮的加入可使Dievar钢中显著增加MC型碳化物的析出量和溶解温度,而加入到8Cr3钢中则会生成氮化物CrN,同样提升M7C3型碳化物的溶解温度。氮在Dievar和8Cr3两种系列的钢中均能增加淬火未溶碳化物的数量及其稳定性,提升晶粒发生粗化的温度,起到显著的细化晶粒作用,而对两种钢回火组织中的残余奥氏体含量影响较小。在常规热处理工艺下,微量氮能同时提高Dievar模具钢的硬度和韧性,而在8Cr3钢中由于未溶碳化物数量多、尺寸大,对韧性损害较大。（2）相较...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２不同钢种抵抗不同失效机理能力比较??表２＿１?Ｄｉｅｖａｒ钢的化学成分（ｗｔ．％）??
此，在条件允许的情况下，研宄亚晶尺寸比原始奥氏体更具有客??观参考价值。??ｍｍ??〇４〇???〇．５????〇３５＿（Ｃ）?ＡｖｅｒｏＳ〇．５３Ｍｍ?■?Ｗ?Ｎ＞??＾?０．３０?３?０．４?■?Ａｖｅｒａｇｅｒ?ｓｉｚｅ／０．４１?Ｊｉｍ??ｌｌｌｌｕＪ??０．２?ＯＪ?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０??Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｃ／Ｍｍ?Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ／Ｍｍ??图４－２两种Ｄｉｅｖａｒ试验钢的欧拉图及尺寸统计??（ａ）Ｄｉｅｖａｒ钢欧拉图；（ｂ）Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢欧拉图；??（ｃ）Ｄｉｅｖａｒ钢亚晶尺寸分布；（ｄ）Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢亚晶尺寸分布??本小节利用ＥＢＳＤ对两个系列的模具钢亚晶晶粒做了表征和相关尺寸统??计，如图４－２和４－３所示。从图４－２（ａ）和（ｂ）可以看出，两种Ｄｉｅｖａｒ钢的回火??马氏体板条结构清晰可见，原始奥氏体晶粒几个不同取向的板条束组成，每??个板条束又包括若干板条块。原始奥氏体晶界两侧的板条束取向差异比较明??显，这是因为在淬火过程中，马氏体板条优先在原始奥氏体晶界形核继而向??两侧生长，导致了取向性的差异。不同的是，ＤｉｅｖａｒｔＮ）钢的马氏体板条明显??－２５－??
?微氮合金化热作模具钢强軔化机制及工艺调控探宄???细小，这证明原始奥氏体的晶粒较小且在回火过程中马氏体板条的粗化程度??相对较少。图４－２（ｃ）和（ｄ）是两种钢晶粒尺寸的详细统计。从图中可以看出，??Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢的尺寸在０．２ｎｍ的亚晶数量比例明显高于Ｄｉｅｖａｒ钢，Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢??的亚晶平均晶粒尺寸仅为０．４１?ｐｍ，而Ｄｉｅｖａｒ钢的亚晶平均晶粒尺寸为０．５３ｎｍ。??从图４－３（ａ）和（ｂ）中更能清晰的看清８０３钢的亚晶结构，两种钢均已看不??出明显的板条马氏体特征，晶粒趋向于等轴晶。因此可以判断，两种钢的组??织在３６０°Ｃ回火后均己发生了再结晶，变成了回火索氏体。不同的是，两种??钢的晶粒尺寸差异较大，８Ｃｒ３（Ｎ）钢的平均晶粒尺寸为０．４７ｎｍ，而对应的８Ｃｒ３??钢的平均晶粒尺寸为〇．５９ｆｉｍ。可见，氮的加入对８Ｃｒ３钢亚晶晶粒的细化作??用极为明显。??ｍｍ??０．６????０．４?（ｃ）?■Ｂ８Ｃｒ３?■?（ｄ）?■Ｂ８Ｃｒ３（Ｎ）??？＞〇?＾?＇?Ａｖｅｒａｇｅ?ｓｉｚｅ：０．５９｜ｉｍ?Ｏ．Ｓ?Ｖ?ｆ?Ａｖｅｒａｇｅ?ｓｉｚｅ：０．４７ｐｍ??Ｉ０３１??丨：：ＬＪ?ｖ?Ｉ??０．４?０．６?０．８?１?０?１－２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｃ／＾ｍ?Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ／ｆｉｍ??图４－３两种８０３试验钢欧拉图及尺寸统计（ａ）８Ｃｒ３钢欧拉图；（ｂ）８Ｃｒ３（Ｎ）钢欧拉图；??（ｃ）８Ｃｒ３钢亚晶尺寸分布；（ｄ）８Ｃｒ３（Ｎ）钢亚晶尺寸分布??４．３．３碳化物??化学成分对模具钢中碳化物的类型、
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮对2205双相不锈钢在NaCl溶液中耐腐蚀性能的影响[J]. 杨吉春,刘香军,周莉,富晓阳,杨文魁,杨昌桥. 金属热处理. 2019(05)
[2]碳含量对Cr-Mo-V系模具钢热稳定性能的影响[J]. 罗爱辉,朱灯宏,吴晓春,徐伟力. 模具工业. 2019(05)
[3]热处理工艺对DIEVAR热作模具钢组织与性能的影响[J]. 冯萧萧,苏钰,李军,雷佳乐,段志宇. 金属热处理. 2019(02)
[4]压铸用模具钢4Cr5Mo2V的过冷奥氏体连续冷却转变[J]. 林鹏,马党参,胡连新,周健,迟宏宵. 金属热处理. 2018(06)
[5]高氮马氏体不锈轴承钢的组织与性能[J]. 李昭昆,罗志强,李建新,杨卯生,李南,郑善举,郝宏伟. 金属热处理. 2018(05)
[6]新型热锻模具钢球化退火和碳化物演变规律[J]. 高海龙,周健,董洁,迟宏宵,马党参. 金属热处理. 2017(09)
[7]“钢铁院士”崔崑:让中国人拥有自己的模具钢[J]. 杨云帆. 中国科技产业. 2017(08)
[8]国内外压铸模具钢发展概述[J]. 夏书文,左鹏鹏,吴晓春. 模具制造. 2017(07)
[9]氮含量对4Cr5Mo2V压铸模具钢热稳定性能的影响[J]. 左鹏鹏,张学友,何西娟,吴晓春. 模具制造. 2017(04)
[10]我国模具钢生产现状及发展展望[J]. 霍咚梅,肖邦国. 冶金经济与管理. 2017(01)
博士论文
[1]热作模具钢中纳米级析出物及钢的综合强化机理研究[D]. 宁安刚.北京科技大学 2015
[2]硅在H13型热作模具钢中作用的研究[D]. 周青春.上海大学 2012
硕士论文
[1]高速钢中MC和M2C的稳定性和力学性能的第一性原理研究[D]. 郑勇.东南大学 2018
[2]S7工具钢的球化退火工艺研究[D]. 韩蓉.云南大学 2016
[3]H13钢经济高效的预处理工艺研究[D]. 韩慧慧.上海大学 2014
[4]高氮耐蚀塑料模具钢组织与性能的研究[D]. 占礼春.昆明理工大学 2013
本文编号：2950225
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２不同钢种抵抗不同失效机理能力比较??表２＿１?Ｄｉｅｖａｒ钢的化学成分（ｗｔ．％）??
此，在条件允许的情况下，研宄亚晶尺寸比原始奥氏体更具有客??观参考价值。??ｍｍ??〇４〇???〇．５????〇３５＿（Ｃ）?ＡｖｅｒｏＳ〇．５３Ｍｍ?■?Ｗ?Ｎ＞??＾?０．３０?３?０．４?■?Ａｖｅｒａｇｅｒ?ｓｉｚｅ／０．４１?Ｊｉｍ??ｌｌｌｌｕＪ??０．２?ＯＪ?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１．０??Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｃ／Ｍｍ?Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ／Ｍｍ??图４－２两种Ｄｉｅｖａｒ试验钢的欧拉图及尺寸统计??（ａ）Ｄｉｅｖａｒ钢欧拉图；（ｂ）Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢欧拉图；??（ｃ）Ｄｉｅｖａｒ钢亚晶尺寸分布；（ｄ）Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢亚晶尺寸分布??本小节利用ＥＢＳＤ对两个系列的模具钢亚晶晶粒做了表征和相关尺寸统??计，如图４－２和４－３所示。从图４－２（ａ）和（ｂ）可以看出，两种Ｄｉｅｖａｒ钢的回火??马氏体板条结构清晰可见，原始奥氏体晶粒几个不同取向的板条束组成，每??个板条束又包括若干板条块。原始奥氏体晶界两侧的板条束取向差异比较明??显，这是因为在淬火过程中，马氏体板条优先在原始奥氏体晶界形核继而向??两侧生长，导致了取向性的差异。不同的是，ＤｉｅｖａｒｔＮ）钢的马氏体板条明显??－２５－??
?微氮合金化热作模具钢强軔化机制及工艺调控探宄???细小，这证明原始奥氏体的晶粒较小且在回火过程中马氏体板条的粗化程度??相对较少。图４－２（ｃ）和（ｄ）是两种钢晶粒尺寸的详细统计。从图中可以看出，??Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢的尺寸在０．２ｎｍ的亚晶数量比例明显高于Ｄｉｅｖａｒ钢，Ｄｉｅｖａｒ（Ｎ）钢??的亚晶平均晶粒尺寸仅为０．４１?ｐｍ，而Ｄｉｅｖａｒ钢的亚晶平均晶粒尺寸为０．５３ｎｍ。??从图４－３（ａ）和（ｂ）中更能清晰的看清８０３钢的亚晶结构，两种钢均已看不??出明显的板条马氏体特征，晶粒趋向于等轴晶。因此可以判断，两种钢的组??织在３６０°Ｃ回火后均己发生了再结晶，变成了回火索氏体。不同的是，两种??钢的晶粒尺寸差异较大，８Ｃｒ３（Ｎ）钢的平均晶粒尺寸为０．４７ｎｍ，而对应的８Ｃｒ３??钢的平均晶粒尺寸为〇．５９ｆｉｍ。可见，氮的加入对８Ｃｒ３钢亚晶晶粒的细化作??用极为明显。??ｍｍ??０．６????０．４?（ｃ）?■Ｂ８Ｃｒ３?■?（ｄ）?■Ｂ８Ｃｒ３（Ｎ）??？＞〇?＾?＇?Ａｖｅｒａｇｅ?ｓｉｚｅ：０．５９｜ｉｍ?Ｏ．Ｓ?Ｖ?ｆ?Ａｖｅｒａｇｅ?ｓｉｚｅ：０．４７ｐｍ??Ｉ０３１??丨：：ＬＪ?ｖ?Ｉ??０．４?０．６?０．８?１?０?１－２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｃ／＾ｍ?Ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ／ｆｉｍ??图４－３两种８０３试验钢欧拉图及尺寸统计（ａ）８Ｃｒ３钢欧拉图；（ｂ）８Ｃｒ３（Ｎ）钢欧拉图；??（ｃ）８Ｃｒ３钢亚晶尺寸分布；（ｄ）８Ｃｒ３（Ｎ）钢亚晶尺寸分布??４．３．３碳化物??化学成分对模具钢中碳化物的类型、
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮对2205双相不锈钢在NaCl溶液中耐腐蚀性能的影响[J]. 杨吉春,刘香军,周莉,富晓阳,杨文魁,杨昌桥. 金属热处理. 2019(05)
[2]碳含量对Cr-Mo-V系模具钢热稳定性能的影响[J]. 罗爱辉,朱灯宏,吴晓春,徐伟力. 模具工业. 2019(05)
[3]热处理工艺对DIEVAR热作模具钢组织与性能的影响[J]. 冯萧萧,苏钰,李军,雷佳乐,段志宇. 金属热处理. 2019(02)
[4]压铸用模具钢4Cr5Mo2V的过冷奥氏体连续冷却转变[J]. 林鹏,马党参,胡连新,周健,迟宏宵. 金属热处理. 2018(06)
[5]高氮马氏体不锈轴承钢的组织与性能[J]. 李昭昆,罗志强,李建新,杨卯生,李南,郑善举,郝宏伟. 金属热处理. 2018(05)
[6]新型热锻模具钢球化退火和碳化物演变规律[J]. 高海龙,周健,董洁,迟宏宵,马党参. 金属热处理. 2017(09)
[7]“钢铁院士”崔崑:让中国人拥有自己的模具钢[J]. 杨云帆. 中国科技产业. 2017(08)
[8]国内外压铸模具钢发展概述[J]. 夏书文,左鹏鹏,吴晓春. 模具制造. 2017(07)
[9]氮含量对4Cr5Mo2V压铸模具钢热稳定性能的影响[J]. 左鹏鹏,张学友,何西娟,吴晓春. 模具制造. 2017(04)
[10]我国模具钢生产现状及发展展望[J]. 霍咚梅,肖邦国. 冶金经济与管理. 2017(01)
博士论文
[1]热作模具钢中纳米级析出物及钢的综合强化机理研究[D]. 宁安刚.北京科技大学 2015
[2]硅在H13型热作模具钢中作用的研究[D]. 周青春.上海大学 2012
硕士论文
[1]高速钢中MC和M2C的稳定性和力学性能的第一性原理研究[D]. 郑勇.东南大学 2018
[2]S7工具钢的球化退火工艺研究[D]. 韩蓉.云南大学 2016
[3]H13钢经济高效的预处理工艺研究[D]. 韩慧慧.上海大学 2014
[4]高氮耐蚀塑料模具钢组织与性能的研究[D]. 占礼春.昆明理工大学 2013
本文编号：2950225
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