預(yù)硬型塑料模具鋼P20采用B微合金化的研究.pdf

1、目前，塑料模具鋼P20是使用量最大的預(yù)硬型塑料模具鋼之一，但是隨著塑料行業(yè)的發(fā)展，大型塑料模具鋼材料的需求量越來越大，而P20鋼的最大淬透直徑僅為400mm，難以符合大型模具鋼的要求，另一方面改良型P20鋼718的淬透性較好但價格昂貴，為此本課題希望對P20鋼進(jìn)行改良同時基本不增加成本。 微量硼能顯著提高鋼的淬透性，這已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注，并在很多鋼中得到成功應(yīng)用。本課題把硼微合金化的方法引入到P20鋼中，目的就是為了提高P2

2、0B鋼的淬透性。但硼鋼成分及熱處理工藝控制對硼的作用影響非常大，因此在把硼元素應(yīng)用到具體材料中需要充分掌握最佳硼含量和熱處理工藝。本課題采用端淬試驗、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測試、等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線測試、電解試驗分析等方法結(jié)合高分辨透射電鏡、掃描電鏡、XRD衍射、電感偶合離子光譜儀等微觀分析手段對P20鋼的硼微合金化效果進(jìn)行研究分析，并利用Deform-3D軟件模擬計算預(yù)測P20B鋼最大淬透直徑。同時，通過對力學(xué)性能、拋光性、腐蝕性能、皮紋刻蝕性

3、能等測試分析，給出P20B鋼的綜合性能。 本文的主要研究結(jié)果如下： 1.端淬試驗結(jié)果表明硼含量在0～0.0040％范圍內(nèi)，隨著硼含量的增加，P20B鋼的淬透性能先提高后降低，當(dāng)硼含量為0.0023％時P20B鋼淬透性最佳。 2.相變動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，添加微量硼能抑制P20鋼在發(fā)生連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程中鐵素體的形成，使得相變C曲線右移。 3.端淬試驗結(jié)果表明，淬火溫度在820℃～920℃范圍內(nèi)，提高淬火溫度能顯著

4、提高P20鋼的淬透性。在淬火溫度與淬透性關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，淬火溫度的進(jìn)一步提升有利于提高P20B鋼的淬透性，表現(xiàn)在TTT曲線上為使C曲線右移，但是超過一定溫度后，C曲線右移的傾向明顯減小。結(jié)合淬火溫度對晶粒度的影響，我們認(rèn)為最佳淬火溫度在950℃左右。 4.硼化物溶解規(guī)律研究表明，淬火溫度達(dá)到950℃以上后，硼化物基本消失，硼元素基本上都固溶到P20鋼的基體中，這正好解釋了提高淬火溫度對淬透性能影響的機(jī)理，與前期試驗得到的結(jié)果相

5、符。 5.利用計算機(jī)模擬計算方法，結(jié)合P20B鋼CCT曲線中鐵素體形成的臨界冷卻速度預(yù)測了完全淬透的臨界尺寸，結(jié)果顯示當(dāng)淬火溫度為900℃時P20鋼的最大淬透直徑為428mm，而含硼量0.0014％的P20B鋼最大淬透直徑可達(dá)544mm，提高幅度將近30％。 6.結(jié)合試制P20B鋼截面硬度均勻性分析報告和CCT曲線測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)淬火溫度對P20B鋼淬透性影響極大，淬火溫度為860℃時試制P20B鋼的最大淬透直徑僅為240

6、mm，而當(dāng)淬火溫度調(diào)整為900℃時最大淬透直徑可達(dá)509mm。 7.力學(xué)性能數(shù)據(jù)顯示，硼的加入不會明顯改變P20鋼的力學(xué)性能，符合塑料模具鋼P20的力學(xué)性能要求。同時適當(dāng)提高淬火溫度能改善其力學(xué)性能，而過高的淬火溫度將導(dǎo)致晶粒長大使力學(xué)性能明顯惡化。結(jié)合淬火溫度與淬透性的關(guān)系，分析認(rèn)為最佳的淬火溫度可控制在920℃～950℃。 8.拋光性能、腐蝕性能和皮紋腐蝕性能數(shù)據(jù)顯示，P20B鋼能基本滿足塑料模具鋼的性能要求，符合改