SiC〈,p〉/6066Al铝基复合材料工艺优化及弹性模量的数值模拟
优秀研究生学位论文题录展示SiC〈,p〉/6066Al铝基复合材料工艺优化及弹性模量的数值模拟专　业: 材料科学与工程关键词: 碳化硅 铝基复合材料 显微组织 弹性模量 拉伸性能分类号: TB331　
TF12形　态: 共 178 页　约 116,590 个字　约 5.577 M内容阅　读:
内容摘要碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨、耐疲劳、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能和物理性能，可广泛应用于航空航天、军事、汽车、电子、体育运动等领域。目前，各国相继进入了碳化硅增强铝基复合材料的应用开发阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复合材料的工业应用也已开始，并且被列为21世纪新材料应用开发的重要方向。国内有多家单位正在研究碳化硅颗粒增强铝基复合材料，并取得一定的进展。制约该种复合材料广泛应用的重要原因之一在于其弹性模量不能符合应用的要求。因此开发高弹性模量的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，有重要的应用价值。本文以保证拉伸性能尤其是延伸率的前提下提高SiCp/6066Al复合材料弹性模量为主要研究对象，以复合材料微观力学为理论工具，通过复合材料制备、拉伸性能和弹性模量测试，金相组织、拉伸断口、界面形貌等组织观察，利用宏-微观统一本构模型对复合材料弹性模量进行数值模拟，揭示影响复合材料弹性模量的决定性因素。本文采取包套热挤压粉末冶金工艺成功制备了高弹性模量的SiCp/6066Al复合材料。研究中发现：为了制得达到预期性能的SiCp/6066Al复合材料，适宜的SiC颗粒体积分数为12，而520℃/20min+水淬+170℃/5h的热处理制度为较优越的热处理制度，对复合材料的抗拉强度、屈服强度以及相对延伸率的提高都为有利。文中分析了不同SiCp/6066Al复合材料金相显微组织中颗粒分布的均匀性，结果表明：颗粒分布越均匀，越有利于复合材料拉伸性能的提高。另外，从纵向金相显微组织中观察到SiC颗粒具有沿挤压方向流动特征。本文确定了10vol.SiCp/6066Al复合材料的断裂模式为延性断裂，而15vol.SiCp/6066Al复合材料的拉伸断口则表现为脆性和延性混合断裂模式。文中将复合材料的断裂机制划分为基体的韧性断裂、颗粒与基体间的界面脱粘、颗粒与基体间的界面开裂、SiC颗粒团聚体的脆性开裂以及单个SiC颗粒的脆断。不同界面结合情况下，起主要作用的机制不同。通过TEM观察发现，铝基复合材料弹性模量的差异是由基体和增强体之间的界面结合力不同导致的。界面上一定厚度的反应层、离散分布其上的沉淀相增强了界面结合力。SiC颗粒与基体间的反应层不是Al4C3层。界面结合机制不是扩散结合，而是化学反应结合。为了确定众多参数影响复合材料弹性模量的规律，本文建立了适用于颗粒增强金属基复合材料的宏-微观统一本构模型及宏-微观一体化分析方法。该模型能够方便、有效地计算复合材料的宏观弹性性能，实现对复合材料结构的宏、微观一体化分析。文中采取Matlab语言编程，设计图形用户界面，开发出颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测系统界面。输入和选择各种影响复合材料弹性模量的因素后，通过计算便可得到复合材料弹性模量的预测结果。本文利用自行开发的颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测系统，对复合材料的组分性能、微观结构以及界面结合情况影响复合材料弹性性能的规律进行了研究。研究结果表明：组分性能、颗粒体积含量与界面性能对复合材料的弹性模量影响显著，颗粒形状、颗粒排列方式以及颗粒尺寸变化方式的影响不明显，在工程应用当中可以忽略这些因素的影响。在确定基体和增强体种类后，控制复合材料弹性模量的途径主要是改变增强体的体积分数和改善复合材料的界面结合情况。指出在保证复合材料延伸率的前提下，最有效增加复合材料弹性模量的途径是改善复合材料的界面结合情况。基于颗粒形状、颗粒排列方式以及颗粒尺寸变化方式对复合材料的弹性模量的影响不明显，本文对颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测模型进行了一定简化与改进，提出了复合材料的刚度混合律公式和柔度混合律公式，在此基础上提出复合材料弹性性能计算的五区模型。五区模型能够灵敏地反映界面模量对复合材料弹性模量的影响，克服了刚度混合律与柔度混合律公式的局限性。五区模型独到之处在于提出了颗粒/界面交互区与基体/界面交互区，从而将刚度混合律与柔度混合律有机结合起来。它能有效地预测复合材料的工程弹性常数..……
全文目录文摘英文文摘1 绪论1.1引言1.2SiCp/Al合金复合材料的优异性能及其应用1.2.1SiCp/Al合金复合材料的性能1.2.2SiCp/Al合金复合材料的应用1.3SiCp/Al合金复合材料的制备工艺1.3.1搅拌铸造法1.3.2粉末冶金法1.3.3浸渗铸造法1.3.4喷射成形法1.4SiCp/Al合金复合材料的微观结构1.4.1增强相1.4.2位错1.4.3晶粒结构1.4.4时郊析出相1.5SiCp/Al合金复合材料的显微损伤1.5.1基体破坏1.5.2增强相断裂1.5.3界面破坏1.6SiCp/Al合金复合材料的界面1.6.1界面定义1.6.2复合材料中颗粒与基体的界面1.6.3复合材料中颗粒与基体的界面相容性1.6.4界面相结合类型和特点1.6.5对界面的要求：1.7SiCp/Al合金复合材料的时效热处理1.7.1研究复合材料及其基体合金的时效动力学曲线1.7.2研究复合材料及其基体合金的时效析出序列1.7.3界面反应对时效析出硬化行为的影响1.8SiCp/Al合金复合材料的强化机制1.8.1微观力学强化机制1.8.2微观结构强化机制1.9本文研究目的、主要研究内容和技术路线1.9.1研究目的1.9.2主要研究内容1.9.3技术路线2 SiCp/6066Al复合材料的工艺优化2.1SiCp/6066Al复合材料的制备2.1.1实验原材料2.1.2制备工艺2.2实验方法2.2.1拉伸实验2.2.2弹性模量测量2.2.3拉伸断口观察2.2.4组织观察2.3实验结果和分析2.3.1拉伸实验2.3.2拉伸结果讨论2.3.3弹性模量测量2.4本章小结3 SiCp/6066Al复合材料的组织评价3.1SiCp/6066Al复合材料的金相显微组织3.2SiCp/6066Al复合材料的拉伸断口形貌3.2.1SiCp/6066Al复合材料拉伸断裂行为3.2.2基体6066Al拉伸断口形貌3.2.3SiCp/6066Al复合材料拉伸断口形貌3.3SiCp/6066Al复合材料的界面3.4本章小结4 颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测模型4.1基本理论4.1.1代表体积单元4.1.2有效性能4.1.3特征应变4.2复合材料的有效性能预测模型4.2.1解析模型4.2.2数值模型4.3宏-细观统一本构模型4.3.1引言4.3.2复合材料宏观量与细观量的联系4.3.3宏-微观统一本构模型的建立4.3.4多单元的宏-微观统一本构模型4.4本章小结5 SiCp/6066Al复合材料性能预测系统开发5.1颗粒增强金属基复合材料力学性能预测系统图形用户界面5.1.1复合材料组分性能输入区5.1.2复合材料细观结构选择区5.1.3复合材料细观结构图形示意区5.1.4多单元宏细观统一本构模型预测结果显示区5.1.5上下限模型预测结果比较区5.2颗粒增强金属基复合材料力学性能预测系统计算方法5.2.1颗粒形状5.2.2排列方式5.2.3颗粒尺寸变化方式5.2.4刚度矩阵、柔度矩阵及其与工程弹性常数间的关系5.3宏一微观统一本构模型的验证5.4本章小结6 SiCp/6066Al复合材料性能预测结果与分析6.1影响铝基复合材料弹性模量的因素分析6.2弹性模量与界面结合的关系6.3SiCp/6066Al复合材料性能预测结果与分析6.3.1理想界面时影响复合材料弹性模量的因素分析6.3.2弱界面时影响复合材料弹性模量的影响分析6.4颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测模型的简化与改进6.5本章小结7 全文结论参考文献附录A颗粒增强金属基复合材料弹性模量预测系统主要程序
相似论文,63页,TB331,63页,TB331
TG156.9,55页,TB331,48页,TB331,113页,TB331 TB301,50页,TB331,97页,TB331,93页,TB331,57页,TB331 TG151,101页,TB332,60页,TB33,102页,TB33 TB383,76页,TB333,131页,TB332 TB383,118页,TB332 TB383,66页,TB332,144页,TB332
TQ171.777.77,181页,TB332
V2,120页,TB33,54页,TB333中图分类:
> TB331 > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料其他分类:
> TF12 > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金（金属陶瓷工艺）
& 2012 book.结构钢中含铜析出相的时效强化作用,碳素结构钢,结构钢,优质碳素结构钢,低合金高强..
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
结构钢中含铜析出相的时效强化作用
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer--144.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口上海慈东钢铁集团----公司新闻
|慈东钢种查询 Grade Search|
不锈钢传感器材料与热处理探讨
&&& [摘要] 沉淀硬化型不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb，作为不锈钢传感器弹性元件的常用材料，其材料成分和含量将影响热处理后的综合机械性能。可通过调控其材料成分和含量及严格热处理工艺降低δ-铁素体的含量，获得均匀的金相组织，提高材料的机械性能，从而改善传感器的性能指标。
&&& 关键词：不锈钢材料 热处理 固溶 金相组织 δ-铁素体
&&& 称重传感器性能的优劣，决定了衡器的准确度、稳定性和可靠性。以不锈钢作为弹性体材料的称重传感器，可以进行金属膜片焊接密封，具有防腐、防爆、高可靠性、高稳定性的特点，在腐蚀性场合、食品、化工等行业，将成为合金钢传感器的替代品，市场容量逐渐放大。
&&& 目前，称重传感器的弹性体材料主要分为三类：铝合金（LY12）、合金钢（40CrNiMoA）、不锈钢（0Cr17Ni4Cu4Nb），前两种材料应用最为普遍，加工工艺、热处理工艺、制作工艺已十分成熟。但目前国内不锈钢传感器的研究、生产处于初级阶段，市场需求不大，还没有形成大批量生产不锈钢传感器的市场规模，不锈钢传感器准确度低，达到GB/T 《称重传感器》国家标准和JJG 669-2003《称重传感器》计量检定规程中C3级的比率低，只有部分形式及规格的不锈钢传感器可以做到高准确度等级。其原因是不锈钢传感器制造成本高，国内厂家对不锈钢传感器的制造技术研究不够，没有完全掌握，主要有：1.不锈钢传感器弹性体材料相关基础性研究不够，对其成分、冶炼工艺、轧制要求、供货状态并非了如指掌。2.国内对不锈钢材料的热处理工艺未能完全掌握，热处理对传感器性能指标（主要是滞后指标）的影响未能解决。3.应变计与不锈钢材料的匹配。对于称重传感器的弹性体材料而言，材料成分决定其组织，组织决定材料性能，材料性能决定传感器的性能，因此材料选择及成分的确定是第一步，其次，热处理工艺和应变计的匹配成为关键点。
二、不锈钢传感器弹性体材料选择
&&& 一般来讲，弹性体采用的金属材料除了对化学成分和冶炼条件严格要求外，还要有优良的综合性能，在保证弹性和应力的同时，尽量选用抗微塑变形能力高的材料，且材料的纯度要高，成分的均匀性好。选择弹性材料时，应特别注意材料的弹性模量E，以及材料的弹性后效和热弹性效应对传感器性能的影响。材料成分影响材料的综合机械性能，从而决定传感器的性能，因此材料选择及成分的确定是关键。目前国内称重传感器行业不锈钢弹性体材料的选择有：0Cr17Ni4Cu4Nb，2Cr13等；国外称重传感器行业不锈钢弹性体材料也主要选择马氏体沉淀硬化不锈钢，例如美国17-4PH，英国630，631，日本SUS630等，以17-4PH为例，其材料成分为：
&&& 与17-4PH相近的我国不锈钢材料牌号为0Cr17Ni4Cu4Nb，该材料是国内传感器生产厂家的首选。&&& 0Cr17Ni4Cu4Nb材料的标准和成分为：
0Cr17Ni4Cu4Nb
(Nb)0.15-0.45
15.00-16.00
&&& 从标准上查得的材料成分，国外的要求与国产材料没有大的差异，不同之处在于17-4PH要求Nb+Ta：0.15～0.45%，而国产0Cr17Ni4Cu4Nb为Nb：0.15～0.45%，笔者认为Nb和Ta均是在热处理过程中形成金属强化项，起强化作用的程度基本相同。以下为17-4PH（美国）与国产某厂0Cr17Ni4Cu4Nb材料成分实测对比：
0Cr17Ni4Cu4Nb
&&& 从国产0Cr17Ni4Cu4Nb和国外17-4PH的实测成分（可检）上看，国外和国产不锈钢材料的成分差别在于，国产材料的含C、Cr量均在GB1220-84标准的上限，且均大于国外材料的含量，而Ni含量则稍低于国外材料。0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理影响机械性能的因素主要有δ-铁素体，其含量在G8732-88《汽轮机叶片用钢》中要求平均含量不得超过5%。国产0Cr17Ni4Cu4Nb，若作为弹性体材料使用，应降低Cr含量至标准的下限（15～16%），适当提高Ni含量至4.0～4.5%，达到国外材料的含量，将有助于热处理后减少δ-铁素体的形成。该种不锈钢经热处理后有优良的机械性能，硬度可达HRC42～47，强度极限可达135kg/mm2，线膨胀系数 11.1×10-6/℃，与现在常用的合金钢40CrNiMoA相当。
&&& 必须指出，不锈钢的化学成分波动对组织和性能有一定的影响，应严格控制冶炼工艺。同时，弹性体作为承力构件的敏感元件，力学性能要求高，冶炼和铸造工艺以采用电弧炉+VOD真空精练+电渣冶炼+锻造开坯+轧制成材工艺为好。采用0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢，根据传感器对弹性体的要求，应从技术角度对弹性体材料的冶炼、轧制工艺、成分及含量、供货状态提出要求，δ- 铁素体含量最好控制在5%以内。
三、不锈钢弹性体热处理
&&& 沉淀硬化型不锈钢，属于马氏体不锈钢，从固溶温度冷却至室温时，组织转变为低碳马氏体，再经时效处理，由马氏体基体沉淀出富铜相，使强度进一步提高。固溶温度既不能过高，也不能过低，过高则引起δ- 铁素体增多，MS点将低，使固溶并冷至室温后残留奥氏体增多，从而使强度下降；太低则组织难以均化。通常固溶温度以℃为宜，其相变温度为：Ms=150℃，Mf=30℃，AC1=670℃，Ac3=740℃。先通过固溶处理，使碳化合物、合金元素溶入奥氏体，快冷后得到马氏体，深冷处理后将残余奥氏体尽可能的转变为马氏体，再经过时效处理析出富铜相等强化相，产生弥散强化，提高了强度及硬度。不锈钢的热处理工艺与合金钢相比，对温度控制，保温时间要求较严格，同时，不锈钢材料热处理过程中的表面清洁十分重要，表面的油污、氮离子、杂质等，能导致表面氮化和渗碳，致使表面发污、生锈、晶界腐蚀等缺陷。不但影响材料的外观，同时影响到材料的性能，因此不锈钢弹性体最好采用真空热处理。&&& 1. 0Cr17Ni4Cu4Nb材料传感器弹性体热处理工艺流程&&& 传感器是技术、工艺密集型产品，性能的一致性需要合理严格的工艺作保障，热处理工艺在传感器的生产中是十分重要的。不锈钢称重传感器的热处理工艺流程为：清洗→固溶处理→深冷处理→时效处理。热处理工艺固溶时的冷却介质为水冷、油冷或强制惰性气体冷却，冷却速率有很大区别，同时要考虑弹性体尺寸的大小，降温速率要有所不同，使固溶冷却速度达到相应要求，固溶时的冷却介质、冷却速度对传感器的指标影响很大，工艺参数不合理对传感器指标是有害的。&&& 2.以下对国内两个厂家的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料的热处理制度进行了试验，试验数据如下：&&& 2.1 试验传感器弹性体结构形式：L-BS-2t-ST悬臂梁型（见图一），T-BXB-100kg-ST（见图二）
&&& 2.2 试验弹性体材料0Cr17Ni4Cu4Nb，检测成分见下表：
&&& 2.3热处理制度：用盐浴炉加热至1040℃,保温时间根据弹性体尺寸的大小而定；用冰水（温度3.5℃）冷却；深冷处理（干冰-70℃）8小时；沉淀硬化（电阻炉加热），480℃保温4小时，空冷至室温。&&& 2.4测试传感器指标为：
传感器型号
弹性体材料
L-BS-2t-ST
0.035%F.S.
-0.019%F.S.
0.035%F.S.
-0.024%F.S.
L-BS-2t-ST
0.019%F.S.
-0.015%F.S.
0.019%F.S.
-0.011%F.S.
T-BXB-100kg-ST
0.022%F.S.
0.003%F.S.
0.022%F.S.
0.013%F.S.
T-BXB-100kg-ST
0.019%F.S.
0.004%F.S.
0.015%F.S.
0.014%F.S.
&&& 2.5金相组织&&& L-BS-2t-ST型传感器：热处理后，1号材料硬度为HRC 44，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，有呈链状分布的δ- 铁素体，平均含量可达8%～10%左右；热处理后2号材料硬度为HRC 43，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，未发现δ-铁素体。&&& T-BXB-100kg-ST型传感器：热处理后，1号材料硬度为HRC 43，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，有呈链状分布的δ- 铁素体，平均含量可达5%～8%左右；热处理后，2号材料硬度为HRC 43，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，未发现δ- 铁素体。&&& 3.数据分析&&& 综合试验数据，热处理后出现大于5%的δ- 铁素体将影响传感器的滞后指标，对于剪切梁传感器热处理后铁素体含量则越少越好，而对于双孔平行梁传感器滞后指标的影响小。比较两种材料的较大区别在于金相试验中，1号材料出现δ- 铁素体，且含量大于5%，而2号材料δ- 铁素体含量很少，形状较小，不易观察到。这是因为0Cr17Ni4Cu4Nb材料经过1050℃固溶处理后，在钢中会出现δ- 铁素体，由于它不参与马氏体的转变，形态沿晶界条状分布，主要降低钢的热塑性和室温硬度，从而，使材料强度降低，影响最大的是滞后指标。&&& δ- 铁素体的形成主要原因是材料成分和热处理温度，Cr是主要元素，足够量的Cr可使钢形成单一的δ组织，在其它的金属元素中，Mo也是铁素体形成元素，程度相当于Cr，Al和Ti是强烈形成铁素体元素，能力为Cr的2.5～3倍，C和Ni是强烈形成奥氏体元素，C的能力为Ni的30倍，但由于量小，没有Ni明显，Ni控制铁素体效果较好，Cu能力为Ni的30%。以下数据为加入1%合金元素对17%Cr+4%Ni合金中δ- 铁素体的影响：
合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%
&&& 0Cr17Ni4Cu4Nb材料固溶处理的冷却应快冷，冷却介质为水或空气，冷却速率应根据处理的产品的大小而定，目的是要得到均匀一致的马氏体组织，并通过时效处理析出强化相，提高硬度和机械性能，而对影响机械性能的铁素体含量则越少越好。以上试验时，固溶温度均为1040℃±10℃，因加热温度引起的铁素体的因素较小。因此，验证了材料成分因素较大。&&& 要改善0Cr17Ni4Cu4Nb材料的综合机械性能应从组织和强化两方面着手。降低0Cr17Ni4Cu4Nb材料的C、Cr含量至标准的下限，适当提高Ni含量，可以降低δ-铁素体的形成，提高材料的机械性能，同时碳能显著降低Ms点的温度，C含量降低有助于提高Ms点的温度，从而更容易获得需要的马氏体，改善材料的机械性能，有助于传感器滞后指标的改善。使用改良后的0Cr17Ni4Cu4Nb材料，采用真空热处理后，金相组织为保持马氏体位向分布的索氏体组织，组织由表至里相同，机械性能均达到了要求，制作后的传感器的性能指标也达到了C3级要求。&&& 沉淀硬化型不锈钢的特点之一，其弹性后效大，尤其体现在小量程剪切梁型传感器上（量程＜5t），若不采取其他措施使用普通应变计贴片，传感器的滞后指标为+0.030%F.S.左右，若再加上金属膜片焊接后对滞后指标影响+0.01%F.S.左右。显然，大于+0.030%F.S.的滞后指标，传感器的最大误差不易达到GB/T 《称重传感器》国家标准和OIML R60 国际建议中规定的C3级要求。随着量程的增加，相同量程的不锈钢与合金钢传感器的滞后指标区别不大。因此，对于小量程不锈钢传感器需对滞后指标进行补偿，通过专用应变计进行滞后补偿成为一种特殊的补偿技术。该技术实现了不锈钢传感器滞后指标的调整。使滞后补偿可以像蠕变补偿那样，通过选用不同补偿量的应变计进行补偿，经过匹配试验，可保证产品的线性、滞后、蠕变性能指标控制在±0.02%F.S.以内，并可以达到GB/T 《称重传感器》国家标准和OIML R60 国际建议中规定的C3级要求。
&&& 综上所述，做为不锈钢传感器，弹性体选择0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢材料，应控制其材料成分和含量，通过严格合理的热处理工艺作保证，尽量降低δ- 铁素体含量，使综合机械性能达到弹性元件要求。弹性体材料0Cr17Ni4Cu4Nb的热处理工艺成为关键点。经过大量试验证明，要获得合格的均匀的金相组织，达到要求的机械性能，不锈钢传感器的弹性体采用真空固溶、深冷、真空时效效果最佳。
上海慈东钢铁集团 不经允许不得摘录本站所有信息
公司电话：+86-021--021- &传真：+86-021--021-&邮件:cdsteel@
地址：上海市四平路室,上海市仁德路100弄16号102室 &备案序号:我国模具材料与模具热处理研究进展(2)---新闻中心---高频淬火|高频感应加热设备|超音频感应加热设备|感应加热设备|钢带烤蓝加热设备|郑州英福伦电气
产品展示PRODUCT
联系我们CONTRCT
郑州英福伦电气有限公司
地 址：郑州高新技术开发区
梧桐街16号
网 址：http://www.yfldq.net
新闻中心NEWS当前位置：>>新闻中心
我国模具材料与模具热处理研究进展(2)添加时间： 8:26:41|类别：新闻中心|[]| []&
这种钢不经调度处理，锻、轧后可达到预硬硬度，有利于节约能源、降低、缩短生产周期。我国开发的这类钢有：中碳锰硼系空冷贝氏体钢、可用于制作塑料模和橡胶模；非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe (FT),钢中加入S、Ca、Re做为易切削元素，比S-Ca复合系易切削钢有更好的切削性能[13]；低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢（B30），钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，沿截面分布较均匀[14]。
我国开发了几种低镍时效硬化钢，这些钢经调质后进行机械加工，再经时效，通过析出金属间化合物提高硬度，热处理后变形很小。时效硬化钢适于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。
这类钢有25CrNi3MoAl[3]、10Ni3Mn2AlCu（PMS）[15]]和06Ni6CrMoVTiAl [11]等钢。这些钢经，硬度为20~30HRC，可进行机械加工，再经时效，硬度可达38~42HRC、。
塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时，模具需具有防腐蚀性能，一般采用耐蚀钢制造模具，此时还要求有较好的耐磨性。常用的钢种为4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的一种耐蚀塑料模具钢，有较好的综合力学性能良好的抗蚀性[3]。
硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模量和高的使用工作温度。用于制作某些模具，模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。目前,我国已可生产各类牌号的硬质合金，基本上可以满足国内市场的需要。
为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的，近年来，各国都研制出一些微晶（WC晶粒小于1微米）和超细晶粒硬质合金（WC晶粒小于0.6微米）,传统的硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.3～1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶和超细晶粒硬质合金[16，17]。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。
钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢作粘接相形成的复合材料。钢结硬质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，并具有可热处理性、可切削加工性、可锻性和可焊性这样一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国于60年代开始研制这种材料，已研制成多种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金，硬质相主要用TiC和WC，钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等[11，18]。
粉末冶金技术的发展和热等静压的应用，导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用，其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般，并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢，这类钢有较好的切削加工性和磨削性能，并有较好的韧性，制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的高耐磨冷模具钢，国内尚少研究[11]。
模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。
模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。
近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理（-196℃），可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在和回火工序之间进行， 也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。
一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，为680℃（2次），模具寿命提高了数倍。
W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用℃。
化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。
研究工作表明，高碳及低合金工具钢和中高碳高合金钢均可进行渗碳或碳氮共渗。渗碳或碳氮共渗时，应尽可能选取较低的加热温度和较短的保温时间，此时可保证表层有较多的未溶碳化物核心，渗碳和碳氮共渗后，表层碳化物呈颗粒状，碳化物总体积也有明显增加，可以增加钢的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb钢制模具进行渗碳以及65Nb钢制模具真空渗碳后，模具的寿命均有显著提高。
采用500~650℃高温回火的合金钢模具，均可在低于回火温度的范围内或在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。
渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可以缩短渗氮时间，并可获得的渗层。离子渗氮可以提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。
氮碳共渗可在气体介质或液体介质中进行，渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可显著提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模、拉伸模等均有很好的应用效果。
冷作模具和热作模具还可以进行硫氮或硫氮碳共渗。近年许多研究工作都表明稀土有明显的催渗效果，从而发展了稀土氮共渗、稀土氮碳共渗等。
渗硼可以是固体渗硼、液体渗硼和膏剂渗硼等，应用最多的是固体渗硼，市场上已有固体渗硼剂供应。固体渗硼后，表层的硬度高达HV，耐磨性高，耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。
渗硼工艺常用于各种冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具，如热挤压模等。
渗硼层较脆，扩散层比较薄，对渗层的支撑力弱，为此，可采用硼氮共渗或硼碳氮共渗，以加强过渡区，使其硬度变化平缓。为改善渗硼层脆性，可采用硼钒、硼铝共渗。
渗金属包括渗铬、渗钒、渗钛等工艺均可用于处理冷作和热作模具，其中TD法（熔盐渗金属）已得到一些应用，可使模具寿命提高几倍乃至十几倍。
气相沉积按形成的基本原理，分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。
PVD分为真空蒸镀、溅射镀和离子镀。离子镀是蒸镀和溅射镀相结合的技术，离子镀膜具有粘着力强、均镀能力好、被镀基体材料和镀层材料可以广泛搭配等，因而获得较广泛的应用。近年来多弧离子镀受到人们的重视。目前在模具上应用较多的是离子镀TiN，这种膜不仅硬度高而且膜的韧性好、结合力强、。在TiN基础上发展起来的多元膜，如(TiAl)N、(TiCr)N等，性能优于TiN，是一类更有前途的新型薄膜。
CVD是用化学方法使反应气体在基础材料表面发生化学反应形成覆盖层（TiC、TiN）的方法。CVD有多种方法。通常，CVD的反应温度在900℃以上，覆层硬度达到2000HV以上，但高的温度容易使工件变形，沉积层界面易发生反应。发展趋势是降低温度，开发新的涂层成分。例如，金属有机化合物CVD(MOCVD)，激光CVD(LCVD)，等离子CVD(PCVD)等。
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束等。它们共同的特征是：供给材料表面功率密度至少103W/M2。它们的共同特点是：加热速度快，加热面积可根据需要选择，工件变形小，不需要冷却介质，处理环境清洁，可控性能好，便于实现自动化处理。国内外对高能束的原理、工艺等均投入较多的研究，比较成熟的是激光相变硬化、小尺寸电子束处理和中等功率的离子注入，并在提高模具寿命方面获得了应用。
可以认为，我国已建立了较完整的模具用材系列，其中一些模具材料的性能优异，达到国际先进水平。我国模具热处理的研究开发亦可与国际同步，一些新的模具技术在不同程度上得到推广和应用。
针对存在的问题，对今后我国模具用材料和模具热处理技术的发展，提出如下建议：
6.1 加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化。
我国每年模具用钢超过20万吨，且逐年增长。近年，国外模具钢的进口量，约占模具钢需要量的1/3，呈逐渐增加趋势。主要问题是我国模具钢的品种规格较少，模具钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。在一些工业发达国家，冶金企业供应经机加工的模具钢制品已达50~60%，而中国80%以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂点要求在模具设计完成后，模具钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。中国钢材生产企业尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国日益扩大的重要原因。
我国已开发出不少有一定特色的新型模具钢，其中一些钢的性能优异，达到或超过国外同类钢的水平。但这些新钢的推广数量和应用范围不够大，主要原因是由于中国模具钢的生产尚未走制品化、精料化的道路而经销方式不适应商品市场的要求，解决了这些问题，这些性能良好的新型模具钢有广阔的推广前景，将会产生巨大的经济效益。
中国已经有了较完整的模具钢系列，尚需不断提高其质量，扩大应用，在应用中进一步存优去劣。同时，有选择地开发先进模具钢，完善中国的模具钢系列，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢系列等
我国某些特殊钢厂已采用新的冶金设备和工艺生产模具钢，如炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等，一些模具钢的质量有大幅度提高，如D2、P20等钢已批量出口，出口产品的质量可以达到国际先进水平。工业发达国家一直在努力提高模具钢的纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性。国外有的企业规定在高纯度模具钢中[O]?10ppm，[H]? 2ppm，S?50ppm，因为钢的纯净度的进一步提高可以显著提高钢的韧性和疲劳性能。对大型模具还必须采用真空除气、高温扩散退火，减少合金元素的偏析，并使用等向锻选工艺，提高等向性，使模具钢的横向和厚向的塑性和韧性达到纵向的80~90%以上。我国还需要在这方面进一步开展工作。
模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展、推广和应用。一些行之有效的模具表面热处理技术，应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处理专业厂的建设。 【
上一篇： &&下一篇：相关产品
友情链接：&&&&&&&&&
copy right &
版权所有：郑州英福伦电气有限公司 豫ICP备号
地址：河南省郑州市高新技术开发区梧桐街16号院