工模具钢与铁素体耐热钢的合金化设计概要.pdfVIP

工模具钢和铁素体耐热钢的合金化设计概要 许 雯，于 晖，马春霞，哈胜男，朱祖昌 （上海市机械制造工艺研究所有限公司，上海，200070） 摘要：应用材料科学的基本原理，总结了合金元素加入钢中的作用要点，提出综合考虑合金元素加入钢中的交 互作用对钢的组织和性能的影响与钢种在一定使用条件下性能要求相平衡的合金化设计原则。并以热作模具钢 H13和铁素体耐热钢作举例说明。 关键词：合金化，模具钢，铁素体耐热钢，超超临界 科学技术和世界经济的发展，对材料的使用性能提 的性能，去与一定使用条件下的性能要求相平衡，并进 出更高的要求，从而促进材料科学的进步。反过来，材 行改进，以符合需要。 料科学的进步，研发新型材料和表面改性方法，促使科 1.合金元素在钢中的作用要点 学技术和世界经济更快发展。这是自然的辩证法。 合金元素加入钢中的作用实际上相当复杂，难以简 研发新型材料和表面改性方法的重要切入点就是通 单阐明，但参照本章文献[1]作要点概述和具体说明，还 过金属元素、非金属元素之间的交互作用获得晶体材料、 是有益的。合金元素在钢中作用说明列表 1 中。 非晶材料、聚合物材料、陶瓷材料等具有独特的性能特 合金钢成分的设计要综合考虑合金元素加入钢中 征，建立科学技术和世界经济发展的物质基础。 的交互作用对钢性能的影响和钢种在一定使用条件下的 其中最方便和最普遍的途径是研究合金元素加入钢 性能要求的平衡。下面以热作模具钢H13 和铁素体耐热 或铁基材料中引起材料组织结构的改变，从而确定获得 钢作说明。 表 1 合金元素在钢中的作用 元素 元素 要点概述 具体作用说明 类别 名称 ①在非氧化性介质中降低奥氏体的湿润腐蚀速率②在低的温度下具有很低溶解度③显著 Cu 钢中溶解度低 的时效硬化，实际上以纯铜形成沉淀 ①是一种最廉价的有效的强化元素②降低珠光体转变温度A1，能在较低温度下在奥氏体 具有弱的强化效 Mn 区进行处理③是强奥氏体稳定元素，稍有促进σ相形成趋势④形成碳化物，Mn3C，可溶 应 于Fe3C⑤形成锰的硫化物MnS⑥延迟和减慢珠光体转变，提高淬透性 奥氏体 ①如碳一样，强烈降低M 温度②形成氮化物，包括 CrN 和Cr N③形成硬度高的和高稳 s 2 稳定化 N 很强的强化效应 定的氮化物和碳氮化物④提高点蚀抗力 元素 ①能溶入某些混合型碳化物和中间相（如在马氏体时效钢中）②延迟回复和再结晶③增 Co 很弱的强化效应 加基体中碳的活度，增加回火时Mo2C 形核速率④降低W、Mo 在Fe 中扩散系数 ①降低奥氏体化温度②增加在正硫酸介质中的腐蚀抗力③和Mo、Ti 和Al 形成Ni3X 相， Ni 弱的强化效应 显著的沉淀硬化④延迟珠光体转变，因而增加淬透性⑤降低韧脆转折温度⑥在铸铁中促 进