P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究.doc

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，山永莱芜271100）摘要：应用金相显微镜、扫描电镜和维氏硬度计对P20塑料模其钢进行了显微组织观察和硬度测定研 究Y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NI火温度升高，水淬和空淬钢组织中板条马氏体和W氏体逐渐减少，铁素体增加卯长人，碳 化物增多，硬度逐渐降低，30（T500nni宽度的板条结构、板条间的溥片状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620CW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,热处现，显微组织Research of P20 pre-hardened plastic mold steel heat treatment processZHANG 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，Microstructure1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，用该俐制造模在预硬态下经 冷加工制成模具后可以且接使用，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],广泛川于制造长寿命的、形状复杂、要求尺寸精度商的人、中型塑料注射成型模或挤压成型模。

木文通过对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，为丁.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120（TC,保温2h后，在双机架四辊可逆 轧机轧上通过两阶段乳制轧成80ram厚度钢板其化学成分（质量分数，％）为:C0. 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 800C、850C, 均保温60ndn,淬火介质分别为水淬、空淬，淬火终止温度为300C （Ms点以下），然P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，回火温度分別为520、540、580、620、640和660C， 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）X60mm （长度）X80 （厚度）mm沿着实验钢纵M切収金相试样，试样研磨、抛光丼经4%硝酸酒精腐蚀f，用ZETSS 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500 ■B^steel480A*steel310400 -300 -200 -100 ■0 -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-800C, B-850C；水冷如上阁所示，两种加热温度下淬火后的组织存在较大差异•阁2 (A)中有明显飢大的铁素体和诛光体, 这足山于加热过程巾铁素体没有完全奥氏体化，淬火时山于奥氏体中碳含M少，形成的马氏体呈也少，钢 的硬度小而图2 (B)表明850C温度不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W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阁3为相M淬火加热溫度下的实验钢在不|uj冷却条件下的硬度由阁可知，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oooooooog 5 4 3 2 1AH/sspsq4701# steel 2# steel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巾图町知，1#实验钢的显微组织为板条马氏体和贝氏体。

山于水淬条件下冷速较大（实测冷速为17~18C/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，少景的合金元素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"0.4aC/S）也町以得到粒状W氏体和针状铁素体W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#实验俐有所增加（阁4b）, Ifij这降 低了合金元素的固溶度，使得1#钢的硬度低于2#实验钢图4实验钢在不同冷却条件下的显微组织 W-水淬，2#-空淬2.3回火温度对组织和硬度的影响图5为冋火温度对实验钢硬度的影响由图可知，1#实验钢550C回火后硬度由470HV人幅卜‘降至 322HV, M火温度超过580C后，硬度下降幅度逐渐减小2#实验钢550C回火V；硬度由308HV小幅下降至 291HV,回火温度升高后，硬度逐渐下降当回火温度提高至660aC时，两实验钢的硬度分别降低至260HV 和 202HVo200淬火 520 540 560 580 600 620 640 660tempering temperature 广 Co O0 55 4 4 3 3 2>1 一/ssaup.Tuq00500050150图5回火温度对两实验钢硬度的影响hl火过程中，马氏体中将发生缺陷减少、碳化物析出、残余奥氏体分解以及马氏体的回复等变化:4］。

罔5为两实验钢550XT66（rC|H］火p的显微组织吋以看到，1#实验钢随着回火温度的提高，淬火组织中 碳化物不断增加，原淬火组织中的板条状马氏体和贝氏体方14性逐渐减弱，碳化物逐渐增多并籾化550C 回火后，其淬火态的LM和LB方向性明显弱化，碳化物明显増多，并出现了较多的小于5 um的等轴状铁 素体和带宥明显的方向性针状形态的铁素体在回火过程中，小角度的板条界面逐渐消失，而人角度板条 评血被早期形成的碳化物钉扎住，淬火态的板条形态发生了粗化，但在很人程度上仍然侃持着淬火马氏体 的位向和板条形状，并可稳定存在到较高的回火温度:5_620aC|Hl火时，等轴状铁素体和细长状铁素体增加, 品粒籼化（如阁6b中箭呔所示）当温度升岛到660C后，水淬钢组织的方向性进一步减弱，铁素体增加 并明显长人，晶粒尺寸达到20pm，等轴状铁素体尺寸超过10pm （如图6c中箭头所示）对于2#实验钢， 1叫火态组织保贸了空淬钢的组织特征550C回火后，粒状W氏体减少，原始奥氏体晶界消失，针状铁素 体方向性减弱，等轴铁素体增加，晶粒尺寸蹭加（罔6d）620C回火时，W氏体进一步减少，铁素体明显 增加，碳化物明显聚集长大（阁6e）。

当回火溫度升高到660C时，原淬火组织的中针状铁素体的方叫性 儿乎消失，尺寸为10um等轴铁素体明显增加,碳化物聚集长大（图6f）对于碳钢，400〜600C回火吋， 由于马氏体和W氏体分解以及碳化物与基体之间的共格关系消失并球化，a相晶格畸变大大减少当回火 温度超过600C时，a相开始发生再结晶，并随着M火温度的升高，u相晶粒逐渐长人，渗碳体也聚集成 较大的颗粒，这造成了 W钢硬度山470HV大幅不降至322HV回火温度升高使马氏体中凼溶的碳及合金元 素随碳化物的析岀减少，降低了固溶强化效果，a相回g、在结品和忪大使得两实验俐的硬度逐渐卜降[6-7]图6两实验钢不同回火温度的显微组织 (a) 1# steel at 550C (b) 1# steel at 620C (c) 1# steel at 660C(d) 2# steel at 550C (c) 2# steel at 62(TC (f) 2# steel at 660C4结论(1) 淬火加热温度790C时因为没冇完全奥氏体化，造成淬火组织不均匀，冇铁素体及诛光体出现, 影响随后的回火组织及回火钢的硬度均匀性2) 随着回火温度的升高，两实验钢组织巾板条马氏体、板条贝氏体和粒状贝氏体逐渐消失，铁素 体增加井长人，碳化物增多。

660C吋等轴铁素体明显增多，水淬钢的硬度由322HV降低至260HV,空淬钢 的硬度由291HV降低至202HV3) 620V回火时，水淬钢组织中板条马氏和板条W氏体方向性较强，而空淬钢原淬火组织中针状铁 素体的方向性儿乎消失4) 水淬钢620C回火后，不同位向的板条马氏和板条贝氏体将奥氏体品粒分割，晶粒得到细化板 条宽度约30(T500nm，板条之间分布着薄片状M/A组元，铁素体中位错密度较卨，细小短棒状碳化物弥散 分布在基体组织上参考文献[1] 刘劲松.预硬化型槊料模具钢SM3Cr2Mo的开发与应川[J],模具材料及热处理技术，2005, (2): 71-73[2] 丁忠，王祸明，杨占兵，程慧静.介金元素钔和冷却速度对中碳非调质钢组织和性能的影响[J]，金属热处理，2008, 33(10)，12-16[3] M. Diaz-Fuentes, T. Gutierrez. Analysis of different acicular ferrite microstructures generated in a medium-carbon molybdenum steel[J], Materials Science and Engineering, 2003， 363 1-2， 316-324[4] 王申存,吴益文，华沂，李志成,张鸿.20MnCr5钢中马氏体回火的EBSD研究[J],材料热处理学报,2011，32(1), 43-48[5] 李(U平，赵延阔，武岳，刘蛟蛟，李红英.回火温度对超髙强商韧V150套管纟R织性能的影响[J],中南人学学报， 2012， 43(6):2128-2136[6] 李勇，左秀荣，陈蕴博,王淼辉.P20塑料模具钢淬火剂回火组织性能的研究[J],热加工工艺，2010, 39(6): 119-127[7] 郭从盛.淬火钢回火过程的数学模型[J],金属学报，1999, 8(35): 865-868作者简介：张兴锦，女，1983年生，2006年毕业于佳木斯大学金属材料工程专业。

现为莱钢宽厚板事业部工程师，从事宽 厚板生产技术管理工作。