P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究.docVIP

P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究 张兴锦，陈永南, 黄少文，吴会亮 (莱钢宽厚板事业部, 山东 莱芜 271100) 摘 要：应用金相显微镜、扫描电镜和维氏硬度计对P20塑料模具钢进行了显微组织观察和硬度测定。研究了不同预硬化热处理工艺参数（淬火温度、淬火介质、回火温度）下得到的组织及其硬度变化规律。结果表明：随着回火温度升高，水淬和空淬钢组织中板条马氏体和贝氏体逐渐减少，铁素体增加并长大，碳化物增多，硬度逐渐降低，300~500nm宽度的板条结构、板条间的薄片状M/A组元，铁素体中较高的位错密度以及细小碳化物保证了水淬钢在620℃回火时具有较高的硬度，最终得出了使该钢达到最佳预硬化效果的工艺参数。 关键词：塑料模具钢，P20，热处理，显微组织 Research of P20 pre-hardened plastic mold steel heat treatment process ZHANG Xingjin, CHEN Yongnan , HUANG Shaowen,WU Huiliang (Heavy Plate Division of Laiwu Steel Group, Laiwu, Shandong, China 271100) Abstract: Key words: Plastic mold steel,P20,Heat Treatment, Microstructure 1 引言 P20钢是模具工业中用量最大的一种典型的经预硬化处理的模具钢，用该钢制造模具，在预硬态下经冷加工制成模具后可以直接使用，不需再进行淬火、回火处理，防止了热处理所造成的变形、开裂、脱碳等缺陷[1]，广泛用于制造长寿命的、形状复杂、要求尺寸精度高的大、中型塑料注射成型模或挤压成型模。本文通过对P20钢在不同预硬化热处理工艺参数下的组织和硬度的研究，为工业化的生产提供了理论依据。 2 实验材料及方法 实验材料为转炉冶炼P20铸坯，铸坯厚度为300mm，加热至1200℃，保温2h后，在双机架四辊可逆轧机轧上通过两阶段轧制轧成80mm厚度钢板。其化学成分（质量分数，%）为：C 0.28~0.35，Si 0.2~0.4，Mn 0.6~1.0，Cr 1.4~2.0，Mo 0.3~0.55，S ≤0.015，P ≤0.015。试验用淬火温度分别为800℃、850℃，均保温60min，淬火介质分别为水淬、空淬，淬火终止温度为300℃（Ms点以下），然后对淬火态试样进行硬度测量并观察金相组织。用上述淬火态试样进行回火，回火温度分别为520、540、580、620、640和660℃，均保温15min，然后从炉内取出空冷至室温，对回火态试样进行硬度检测并观察金相组织。 采用HV-50型维氏硬度计测试实验钢的硬度，硬度测试试样尺寸为60mm（宽度）×60mm（长度）×80（厚度）mm。沿着实验钢纵向切取金相试样，试样研磨、抛光并经4%硝酸酒精腐蚀后，用ZEISS Axio Scope A1型金相显微镜和Philips XL30型扫描电镜进行硬度试样的微观组织观察。 3 实验结果与分析 2.1淬火加热温度对淬火态组织与硬度的影响 图1 实验钢在不同加热温度下的硬度 图2 实验钢淬火态金相组织 A-800℃，B-850℃；水冷 如上图所示，两种加热温度下淬火后的组织存在较大差异。图2（A）中有明显粗大的铁素体和珠光体，这是由于加热过程中铁素体没有完全奥氏体化，淬火时由于奥氏体中碳含量少，形成的马氏体量也少，钢的硬度小。而图2（B）表明850℃温度下淬火得到完全奥氏体化组织，奥氏体中含碳高，其淬火性能好，形成马氏体和贝氏体，所以硬度远高于(A)组织对应的硬度，如图1所示。 2.2 淬火冷速对淬火态组织和硬度的影响 图3为相同淬火加热温度下的实验钢在不同冷却条件下的硬度。由图可知，1#实验钢水淬后硬度为470HV，2#实验钢空淬后硬度为308HV，硬度明显低于1#实验钢的硬度。 图3 实验钢在不同冷却条件下的硬度 图4为1#和2#实验钢在水淬和空淬条件下的显微组织。由图可知，1#实验钢的显微组织为板条马氏体和贝氏体。由于水淬条件下冷速较大（实测冷速为17~18℃/s），固溶在奥氏体中的合金元素扩散速度较慢，碳化物较少且尺寸细小，少量的合金元素Mo溶解到奥氏体中，可以提高钢的淬透性[2]。Mo减缓了C在奥氏体和铁素体中的扩散速度，将促进针状铁素体生成[3]。因此对于2#实验钢，即便在较低冷速的空淬条件下（实测冷速为0.3~0.4℃/s）也可以得到粒状贝氏体和针状铁素体。另外，由于冷速较低，合金元素有足够的时间进行长程扩散并聚集长大，因此2#实验钢的碳化物较1#实验钢有所增加（图4b），而这降低了合金元素的固溶度，使得1#钢的硬度低于2#实验