摘 要摘 要20世纪80年代以来，冷作模具钢进入飞速发展的时代，每年以15%的速度快速增加，我国模具钢占有率低，市场发展的空间很大。近年来，中国从日本、美国等国家进口的模具钢越来越多，造成成本的增加。优质模具钢需求不断地扩大，而生产技术的缺失使得国内没有代表性的优质钢种，因此对生产工艺的研究已成为重要的一项任务。Cr8冷作模具钢有着高的强度以及良好的耐磨性，而且价格低廉、生产工艺简单，因此在国内被广泛认可，需求量不断增加，但是其质量的稳定性很难被控制，在生产过程会造成很大的浪费，研究其生产工艺，提高其综合性能，有着重大的意义。本文着重研究Cr8冷作模具钢硅含量对其共晶碳化物不均匀度及硬度的影响。共晶碳化物的不均匀度级数对钢的综合性能有着很大的影响，共晶碳化物颗粒度很大并分布不均匀时，钢的塑性显著下降，寿命大大缩减。课题以天工国际公司生产的Cr8冷作模具钢为研究对象，在实验室中模仿日常生产，经电弧炉、LF炉、VD炉得到硅含量不同的实验样本，并对实验样本进行了热处理，在淬火加热箱加热到1050℃进行淬火处理，并在480℃进行回火处理。然后对各样本进行了显微观察，了解各自的组织结构，并且利用软件对图像进行处理，得到了各自共晶碳化物不均匀度的级数，探讨硅含量对金相组织的影响。实验还对样本硬度进行了测试，探讨了硅含量对其硬度的影响。研究结果表明随着硅含量的提高，共晶碳化物不均匀级数不断增大，其组织中，合金元素碳化物的偏析越来越严重，当硅含量达到1.5%时，回火温度不足以使碳获得扩散的动能，钢的淬火组织没有得到改善，二次碳化物呈网状分布，严重影响了钢的综合性能，增加其脆性，减少了其寿命。此外，实验还测量了样本的硬度，研究了硅含量对钢硬度的影响。结果显示，随着硅含量的提高，钢的硬度不断加大，这是因为，随着硅含量的增加，其淬火马氏体越来越难以相变，马氏体有着高的硬度，所以随着硅含量的增加，钢的硬度不断增加。关键词Cr8冷作模具钢；共晶碳化物不均匀度；生产工艺；组织及性能
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 冷作模具钢概述 1
1.2.1 冷作模具钢的分类 1
1.2.2冷作模具钢的使用性能 3
1.3 冷作模具钢研究现状 4
1.3.1 铬元素的影响 4
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1.3.2 碳元素的影响 5
1.3.3 钒元素的影响 5
1.3.4 钼元素的影响 6
1.3.5 硅元素的影响 6
1.4 研究的目标及内容 8
1.4.1 研究的目标 8
1.4.2 研究的内容 8
第二章 生产工艺流程的研究 9
2.1 生产流程 9
2.2 生产过程 9
2.2.1 LF炉 10
2.2.3 VD炉 11
2.3 注意事项 12
2.3.1 布料方法 12
2.3.2 炉料熔炼过程 12
2.3.3 吹氧助熔 13
2.3.4 控制渣的流动性 13
第三章 实验材料及方法 15
3.1 实验材料 15
3.2 实验方法 16
3.2.1热处理 16
3.2.2 金相显微观察 16
3.2.3 硬度测试 17
第四章 实验结果分析 19
4.1 Si对共晶碳化物不均匀度的影响 19
4.2 Si对硬度的影响 23
4.3 钢锭缺陷分析 24
4.3.1 钢锭表面缺陷 24
4.3.2 钢锭的偏析 26
结 论 30
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 研究背景
代替传统切削加工工艺的器具被称作为“模具”，在现在生活中，模具占有很大的地位，没有模具，我们的生活将难以想象。家中平常用的家电绝大部分零件是通过模具加工而来的，想要制造一辆超重型汽车，需要模具上千套。就连生活中用的相机也要模具500多套，生活离不开“模具”，模具是重中之重。因此，在世界范围得到迅速的发展。
随着模具的迅速发展，所使用的模具钢需求量独断扩大，种类也得到了细化，现在主要使用的模具钢如冷作模具钢、热作模具钢、特殊模具钢等。在发达国家的制造业中，模具钢占有重要地位，其产值已超过刀具制造业及机床制造业的产值，就日本而言，1981年机床产值5174亿日元，模具钢制造业产值已经达到7596亿日元。中国模具钢产占有比例低，有很大的发展空间。20世纪80年代以来，我国模具钢进入飞速发展时代，每年以15%的速度递增[1]。2000年，模具钢产值280亿元，进口模具钢9.77亿元[2]，2002年模具钢产值360亿元，进口模具钢12.72亿元[3]，2004年模具钢产值530亿元，进口模具钢18.13亿元[4]，2006年模具钢产值720亿元，进口模具钢20.47亿元[5]。从以上中国每年数据上看，中国模具钢产业值每年巨增，社会建设所需不断增大。但进口量却越来越大，因为中国在高质量模具钢方面不能够自给自足，和国外存在较大的差距，仍需要从日本、美国和瑞典等国家进口。研究调查显示，2000年中国模具钢产量达到世界第一，远超过日本等国家，但是和日本、瑞典及美国相比，在品种、规格和质量方面远远落后，数据显示，中国模具钢市场占有率达80%，而优质模具钢市场占有率仅不到30%，我国已经成为进口模具钢的世界第一大国。对冷作模具钢生产工艺的优化及改进已经成为当前的重要任务了。
1.2 冷作模具钢概述
1.2.1 冷作模具钢的分类
冷作模具钢钢种众多，分别用于制造冷冲模、冷挤压模、拉丝模、滚丝模等种类的模具，常见的钢种有Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr5Mo1V、9Mn2V和Cr8等钢种。
Cr12成分含有较高的铬和碳，其属于莱氏体钢，性能上有着良好的淬透性和高的耐磨性。钢种碳含量高达2.3%，钢性能硬而脆，冲击韧性比较差，容易脆裂，不能承受大的冲击力度，共晶碳化物不均匀。常用于制造要求耐磨性高且冲击载荷小的冷冲模和冲头，以及剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模和螺丝滚模等。
Cr12Mo1V1是一种高碳高铬莱氏体钢，由于钒和钼含量比C12高，因此钢的组织和晶粒度进一步细化，提高钢的淬透性、强度和人性，使钢的综合性能更好。常用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具，例如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝模、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。
Cr12MoV是一种高碳高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，界面尺寸在400mm以下可以完全存透，而且有很高的的耐磨性，淬火时体积变化很小。其碳含量比Cr12低得多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物均匀度得到了很大的改善。常被用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉姆，以及要求高耐磨性的冷冲模和冲头等。
Cr5Mo1V合金含量中等，由于含有钼和钒，所以钢的淬透性良好，碳化物分布均匀，具有一定的冲击韧性和良好的耐磨性。常用于制造定型模、钻套、冷冲模、冲头、切边模螺纹滚模、搓丝模和量规等。
9Mn2V综合性能比碳素钢好，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变性较小。由于钢种还有一定量的钒，细化了晶粒。碳化物的均匀度比CrWMn好。常用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、板牙合铰刀等。
Cr8具有高的硬度和高的耐磨性，韧性高，可以承受较大冲击载荷，由于添加适量的硅和锰，因此淬透性得到了提高。该钢种具有高硬度、高耐磨性以及良好的淬透性。常被用于制造高效率的怯薛刀具，由于其具有高红硬性、良好的耐磨性等特性，也用于制造性能要求高的模具、高温轴承和高温弹簧等。

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