1引言...............................................................................2

2模具鋼概述.........................................................................2

2.1模具鋼定義....................................................................2

2.2模具鋼的分類(lèi)..................................................................3

2.3國(guó)內(nèi)外模具鋼探討現(xiàn)狀...........................................................5

2.3.1國(guó)內(nèi)模具鋼現(xiàn)狀.......................................................................................................................................5

國(guó)外模具鋼的現(xiàn)狀..............................................................................................................................................5

3熱作模具鋼相關(guān)理論綜述.............................................................6

3.1熱作模具鋼定義.................................................................6

3.2熱作模具鋼分類(lèi).................................................................6

3.3合金元素對(duì)鋼的影響.............................................................7

4關(guān)于3CR2W8V鋼探討.......................X

4.13CR2W8V鋼研概述..............................................................8

4.23CR2W8V鋼探討現(xiàn)狀............................................................9

5.熱處理設(shè)備及選擇.................................................................11

5.7硬度測(cè)定設(shè)備及選擇...............................................................................................................................12

5.2金相分析設(shè)備...........................................................................................................................................75

5.3熱處理工藝方法及選擇..........................................................................................................................16

6.熱處理工藝制度制定..........................21

6J等.............................................................溫球化退火工藝的制定.21.

6.2淬火工藝的制定.....................................................................................................................................22

6.3回火工藝的制定.....................................................................................................................................24

7結(jié)果及分析........................................................................25

7.1硬度..........................................................................25

7.2金相分析......................................................................28

7.3合金元素對(duì)3CR2W8V影響......................................................31

8與相關(guān)熱處理進(jìn)行比較..............................................................32

9結(jié)論..............................................................................37

參考文獻(xiàn)............................................................................38

致謝..............................................................................40

1引言

現(xiàn)在隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，模具工業(yè)得到了快速發(fā)展，推動(dòng)了模

具鋼的發(fā)展。汽車(chē)、拖拉機(jī)、電器、電機(jī)、儀器、儀表、電子等行業(yè)有

60%-80%的零件需用模具加工，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高在很

大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平⑴。3Cr2W8V鋼是目前國(guó)內(nèi)外廣

泛應(yīng)用的熱模具鋼，模具的服役條件極其惡劣，在高溫狀態(tài)承受劇烈磨

擦和高沖擊力，要求材料具有高的強(qiáng)韌性，抗熱疲憊性和耐磨性。

3Cr2W8V鋼含有較多碳化物形成元素，且銘、鋁均能提高臨界點(diǎn)和回

火穩(wěn)定性⑵，因而具有較高的抗熱疲憊性和高溫機(jī)械性能，但常常規(guī)

熱處理工藝處理后的3Cr2W8V鋼模具在運(yùn)用中常常發(fā)生早期脆斷，降

低了模具的運(yùn)用壽命，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻影響，若能改善3Cr2W8V鋼的

熱處理工藝，使合金元素充分發(fā)揮作用，則可有效地提高材料的綜合機(jī)

械性能，滿意服役條件的要求，提高模具壽命⑶，因而本課題旨在探討

合金元素和熱處理制度對(duì)3Cr2W8V鋼組織和性能的影響，希望能夠得

到更好的工藝來(lái)滿意工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)3Cr2W8V鋼的要求，獲得更好的力

學(xué)和機(jī)械方面的性能。

2模具鋼概述

2.1模具鋼定義

模具鋼是用來(lái)制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。用于加工

赤熱金屬或液態(tài)金屬，使之凝固成形叫模具是機(jī)械制造、無(wú)線電儀表、

電機(jī)電器等工業(yè)部門(mén)中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量干脆影響

著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本、而模具的質(zhì)量與

運(yùn)用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處

理的影響。

2.2模具鋼的分類(lèi)

世界上習(xí)慣把模具鋼按用途歸為三大類(lèi)（依據(jù)模具材料運(yùn)用的條

件）：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。

冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、

冷鎖模和冷擠壓模等⑸。冷作模具鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)

具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性

和其他工藝性能。用于這類(lèi)用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，銘是這類(lèi)鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通

常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼,

最高銘質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%,并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分

數(shù)也很高，最高可達(dá)2.0%-2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大

部分屬于過(guò)共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類(lèi)有高碳低合金鋼、高碳高銘

鋼、銘鋁鋼、中碳絡(luò)鴇釧鋼等。

熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類(lèi)型，包括熱鍛模、

壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中

除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起

很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性

和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲憊穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性,

此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一樣的力學(xué)性能。

對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及

經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類(lèi)鋼一般屬于中碳合金鋼，碳

質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3()%?().6()%,屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多

的合金元素(如鴇、鋁、機(jī)等)而成為共析或過(guò)共析鋼。常用的鋼類(lèi)有

銘鎰鋼、鋁銀鋼、倍鋁鋼等。

塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要

求具有肯定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，

還要求具有良好的工藝性，如熱處理形變小、加工性能好、耐蝕性好、

研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸

和形態(tài)穩(wěn)定等。一般狀況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具

鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。

(1)塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從一般鋼材到專(zhuān)用鋼才都有。這在塑

料模具初期更加明顯，如今已日趨正規(guī)和高級(jí)。特地用鋼己自成體系，

模具用鋼的化學(xué)成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質(zhì)量更高，加

工精良，對(duì)熱處理有利。

(2)塑料模具鋼性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大。

(3)為避開(kāi)模具零件在強(qiáng)韌化過(guò)程中的變形或其他熱處理問(wèn)題，模

具鋼以預(yù)硬化形式供應(yīng)市場(chǎng)已較普遍。

(3)以石化產(chǎn)品為原料的塑料制品，表現(xiàn)某些程度不同的腐蝕性，

所以耐蝕鋼應(yīng)用也較多。

(5)協(xié)作預(yù)便化鋼、非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用，易切削性也是塑料模具鋼的

特點(diǎn)。

隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，塑料模具工

業(yè)對(duì)模具鋼的需求也越來(lái)越大。在塑料成型加工中，模具的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品

質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。塑料模具目前已向精密化、大型化和多

腔化的方向發(fā)展，對(duì)塑料模具鋼的性能的要求越來(lái)越高，塑模鋼的性能

應(yīng)依據(jù)塑料種類(lèi)、制品用途、生產(chǎn)批量、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求而

定。

2.3國(guó)內(nèi)外模具鋼探討現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)模具鋼現(xiàn)狀

目前我國(guó)模具用鋼廣泛，除了工具鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、

高速工具鋼）外，還有軸承鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、不銹鋼等，

鋼種達(dá)數(shù)十種之多。但常用的只有20余種，而用量最多的是CH2、

Crl2MoV>CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo>5CrNiMo、45、40Cr等。

其中Crl2、Crl2MoV的應(yīng)用量大面廣，但在冶煉、鑄造、鍛造、熱處

理等方面存在一系列問(wèn)題。模具運(yùn)用壽命較低，特殊是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和應(yīng)用

方面還存在著一些問(wèn)題。（1）模具鋼品種規(guī)格少，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理。⑵

模具鋼冶金質(zhì)量不高。（3）模具新材料、熱處理新工藝和表面強(qiáng)化新工

藝應(yīng)用偏少15,曳

國(guó)外模具鋼的現(xiàn)狀

隨著模具制造'業(yè)的不斷發(fā)展。對(duì)模具鋼從冶金質(zhì)量、數(shù)量、性能上

要求不斷提高⑺，在國(guó)外出現(xiàn)高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級(jí)材料強(qiáng)化及擴(kuò)

充材料領(lǐng)域等趨向，模具材料由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，發(fā)展的趨向是碳素工

具鋼■低合金工具鋼■高合金工具鋼，相繼出現(xiàn)一系列新型模具材料，模

具標(biāo)準(zhǔn)鋼的合金化程度也日趨提高。這些鋼的運(yùn)用性能較好，由于合金

工具鋼標(biāo)準(zhǔn)比較完善合理，針對(duì)性較強(qiáng)，具有肯定的先進(jìn)性、代表性，

在國(guó)際上信譽(yù)較高，而被世界各國(guó)廣泛采納。形成國(guó)際上的通用化趨勢(shì)。

此外，國(guó)外也不斷地研制新鋼種。以滿意模具工業(yè)不斷發(fā)展的需求。

國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)的新型熱作模具鋼包括：高淬透性特大型鍛壓模具鋼。

3熱作模具鋼相關(guān)理論綜述

3.1熱作模具鋼定義

熱作模具鋼用于制造將加熱到再結(jié)晶溫度以上的金屬或液態(tài)金屬

制成工件的模具。

3.2熱作模具鋼分類(lèi)

熱作模具鋼可分為高韌性熱作模具鋼和高熱強(qiáng)性模具鋼。

(1)高韌性熱作模具鋼它又稱(chēng)為錘鍛模具鋼。此類(lèi)鋼中碳的含量一

般在().5%左右，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3%左右。傳統(tǒng)的熱鍛模具鋼由

于受淬透性的限制，隨著模塊截面的增大，要求進(jìn)一步提高模具材料的

淬透性，使模具的心部能夠得到較高的勻稱(chēng)性。國(guó)內(nèi)外研發(fā)了一系列提

高合金含量的高淬透性模具鋼，如國(guó)產(chǎn)的3Cr2MoWVNi>5Cr2NiMoVSi

等鋼利％這些鋼均是在5CrNiM。鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)降低含碳量、提高了Cr

和M。的含量并加入適量的Si,從而提高了鋼的淬透性。一般狀況下，

這種熱作熱鍛模運(yùn)用其壽命是5CrNiM。鋼熱鍛模具的1.5-2倍，經(jīng)滲氮

后其運(yùn)用壽命可提高到原來(lái)的2.5倍以上。

(2)高熱強(qiáng)性模具鋼該類(lèi)模具鋼一般用于熱擠壓模、壓型模、壓鍛

模等模具，由于模具與高溫工件長(zhǎng)時(shí)間接觸，使模具本身溫度上升，易

造成模具型腔堆塌、磨損、表面氧化和熱疲憊。因此，要求模具鋼有較

高的高溫強(qiáng)度、硬度和熱穩(wěn)定性、良好的耐磨性和抗氧化性能、較高的

抗熱疲憊性能和斷裂韌度。傳統(tǒng)的熱作模具鋼3Cr2w8V,當(dāng)鑄錠較大、

鑄模溫度過(guò)高而鋼液過(guò)熱時(shí)，鋼錠中的元素偏析特殊嚴(yán)峻，共晶碳化物

的數(shù)量會(huì)增多。因此，造成模具脆裂報(bào)廢的事故也時(shí)有發(fā)生。由于

3Cr2W8V鋼存在以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)依據(jù)模具不同用途引進(jìn)和研發(fā)了新的

鋼種；如引進(jìn)的4CrSMoSiVl(H13)鋼綜合性能較好。有良好的冷熱疲憊

抗力，被廣泛應(yīng)用于低于600C的熱擠壓模和壓鑄模。其運(yùn)用壽命有所

提高。3Cr2M03V類(lèi)鋼韌性較好、熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于H13鋼。國(guó)

內(nèi)通過(guò)添加適量的W研制勝利3Cr3M()3W2V(HM1)鋼，在保持該鋼較

好的強(qiáng)韌性條件下提高了其熱穩(wěn)定性。通過(guò)降低Mo和V的含量加入

1%Ni和0.15%又研制了4Cr3M02VNiN6鋼(HD)提高了鋼的室溫柔高溫

韌性、熱穩(wěn)定性，在700℃時(shí)仍可保持40HRC的硬度。

3.3合金兀素對(duì)鋼的影響

(1)合金元素對(duì)加熱時(shí)相轉(zhuǎn)變的影響

對(duì)奧氏體形成速度的影響：Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素

與碳的親合力大，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著減慢奧氏體形

成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的擴(kuò)散速度，使

奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影

響不大。

對(duì)奧氏體晶粒大小的影響：大多數(shù)合金元素都有阻擋奧氏體晶粒長(zhǎng)

大的作用，但影響程度不同。劇烈阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有：V、Ti、Nb、

Zr等；中等阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有：W、Mn、Cr等；對(duì)晶粒長(zhǎng)大影響

不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P等。

（2）合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響

除C。外，幾乎全部合金元素都增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠

光體類(lèi)型組織的轉(zhuǎn)變，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。常用提高淬

透性的元素有：Mo>Mn>Cr>Ni、Si、B等。必需指出，加入的合金

元素，只有完全溶于奧氏體時(shí)，才能提高淬透性。假如未完全溶解，則

碳化物會(huì)成為珠光體的核心，反而降低鋼的淬透性。另外，兩種或多種

合金元素的同時(shí)加入（如，銘鎰鋼、銘鍥鋼等），比單個(gè)元素對(duì)淬透性的

影響要強(qiáng)得多。

除Co、Al外，多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點(diǎn)下降。其作用大小

的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強(qiáng)，Si事實(shí)

上無(wú)影響。Ms和Mf點(diǎn)的下降，使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘

余奧氏體量過(guò)多時(shí)，可進(jìn)行冷處理（冷至Mf點(diǎn)以下），以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R

氏體，或進(jìn)行多次回火，這時(shí)殘余奧氏體因析出合金碳化物會(huì)使Ms、

Mf點(diǎn)上升，并在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體（即發(fā)生所謂二次淬

火）。

4關(guān)于3Cr2W8V鋼探討

4.13Cr2W8V鋼研概述

3Cr2W8V鋼是目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱模具鋼，模具的服役條件

極其惡劣，在高溫狀態(tài)承受劇烈磨擦和高沖擊力，要求材料具有高的強(qiáng)

韌性，抗熱疲憊性和耐磨性，3c己W8V鋼含有較多碳化物形成元素，

且絡(luò)、鴇均能提高臨界點(diǎn)和回火穩(wěn)定性，因而具有較高的抗熱疲憊性和

高溫機(jī)械性能，但常常規(guī)熱處理工藝處理的3Cr2W8V鋼模具在運(yùn)用中

常常發(fā)生早期脆斷，降低了模具的運(yùn)用壽命，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻影響，若

能改善3Cr2W8V鋼的熱處理工藝，使合金元素充分發(fā)揮作用,則可有

效地提高材料的綜合機(jī)械性能,滿意服役條件的要求，提高模具壽命。

⑴化學(xué)成分

3Cr2W8V鋼的化學(xué)成分小于表4.1。

表4.13c己W8V鋼的化學(xué)成分w%

CCrWVSiMnPS

0.30-0.

0.2-0.5W0.4W0.4W0.03W0.03

40

(2)臨界溫度

3Cr2W8V鋼的臨界溫度示于表4.2。

表4.23Cr2W8V鋼的臨界溫度

臨界溫度AclAc3Ari

溫度(近似值)820-830110()790

/℃

4.23Cr2W8V鋼探討現(xiàn)狀

3Cr2W8V鋼是一種老牌號(hào)高熱強(qiáng)性熱作模具鋼，被廣泛應(yīng)用于壓

鑄模、熱擠壓模、熱鍛模等，具有良好的鍛造工藝性能、機(jī)械加工工藝

性能及熱處理工藝性能13⑸。3Cr2W8V鋼是目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的熱

模具鋼，模具的服役條件極其惡劣，在高溫狀態(tài)承受劇烈磨擦和高沖擊

力，要求材料具有高的強(qiáng)韌性，抗熱疲憊性和耐磨性［⑹。3Cr2W8V鋼

屬于過(guò)共析鋼，它主要用于制造高溫下受高應(yīng)力、受沖擊負(fù)荷小的各種

模具。由于它含有多種易形成碳化物的Cr、W、V等合金元素，故在

高溫下具有較高的強(qiáng)度和硬度以及良好的淬透性。但該種鋼的韌性、塑

性稍差，在生產(chǎn)中很易產(chǎn)生裂紋，致使模具壽命大幅度降低⑺。

3Cr2W8V鋼含有較多碳化物形成兀素且珞鴇均能提高臨界點(diǎn)和回火穩(wěn)

定性，因而具有較高的抗熱疲憊性和高溫機(jī)械性，但常常規(guī)熱處理工藝

處理的3Cr2W8V鋼模具在運(yùn)用中常常發(fā)生早期脆斷，降低了模具的運(yùn)

用壽命，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻影響“叫

隋少華，宋天革，趙洪運(yùn)在《3Cr2W8V模具鋼預(yù)處理工藝的改進(jìn)》

中提到，(1)對(duì)3Cr2W8V鋼采納快速預(yù)冷退火工藝，可以提高球化速度,

使球化時(shí)間縮短到傳統(tǒng)退火工藝的1/6o(2)經(jīng)快速預(yù)冷退火處理的

3Cr2W8V鋼，淬火后組織中碳化物顆粒分布也更加細(xì)小勻稱(chēng)，淬火硬

度也要高于采納傳統(tǒng)退火工藝處理后的淬火硬度?⑼。

廖嘉琪，江韶光在《高溫淬火對(duì)3Cr2W8V鋼組織性能的影響》中

提到3Cr2W8V鋼高溫淬火使碳化物充分溶解，合金元素的作用進(jìn)一步

發(fā)揮,使材料強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性提高磔)。

趙巖在《熱處理工藝對(duì)3Cr2W8V鋼組織和性能的影響》中提到，

(l)3Cr2W8V鋼經(jīng)等溫球化退火可獲得球狀或點(diǎn)狀的珠光體組織。同時(shí)

碳化物的形態(tài)也得到明顯改善，呈細(xì)小的顆粒狀在基體上彌散分布。(2)

等溫球化退火后1070℃淬火的組織由馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏

體組成。3Cr2W8V鋼淬火后的硬度可達(dá)48HRC。(3)隨回火溫度的上升,

由于二次硬化及碳化物類(lèi)型的轉(zhuǎn)變，3Cr2W8V鋼的硬度和韌性呈現(xiàn)出

了相反的改變趨勢(shì)，即硬度先升后降，而韌性先降后升。因此，等溫球

化退火、1070C淬火后再680℃左右進(jìn)行兩次回火能夠使3Cr2W8V模

具鋼保持足夠的硬度和韌性，有利于延長(zhǎng)模具壽命⑵】。

5,熱處理設(shè)備及選擇

常用的熱處理加熱設(shè)備按能源分為燃料加熱設(shè)備和電加熱設(shè)備；按

工作溫度可分為高溫爐(>1000℃)、中溫爐(650C?1000℃)和低溫

爐(4650℃)。生產(chǎn)上常用的加熱設(shè)備有電阻爐、浴爐、氣體滲碳爐、

高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等。爐型的選擇應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類(lèi)型

來(lái)確定。

熱處理設(shè)備的選擇要從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、牢靠性、配套性、平安性、平

安性以及工廠的實(shí)際狀況等來(lái)選擇，本試驗(yàn)結(jié)合實(shí)際狀況選擇熱處理電

阻爐。

熱處理電阻爐是以電為能源的，通過(guò)爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱

能而加熱工件的爐子，是一種造價(jià)相對(duì)便宜的爐子，以降低成本。結(jié)合

試驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備以及從節(jié)約能源的角度考慮，最終選擇SX2-2.5-12作

為退火、回火的加熱設(shè)備，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表5.2；選擇SX2/0J3作為

淬火的加熱設(shè)備，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表5.3。

表5.2SX2-2.5-12參數(shù)

型號(hào)爐膛尺寸/mm額定功率/kw額定溫度/℃

SX2-2.5-12200X120X802.51200

表5.3SX2-10J3參數(shù)

型號(hào)爐膛尺寸/mm額定功率/kw額定溫度/℃

SX2-10-13250X150X10061300

5.1硬度測(cè)定設(shè)備及選擇

所謂硬度，就是材料反抗更硬物壓入其表面的實(shí)力。依據(jù)試驗(yàn)方法

和適應(yīng)范圍的不同，硬度單位可分為布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度、

顯微維氏硬度等很多種，不同的單位有不同的測(cè)試方法，適用于不同特

性的材料或場(chǎng)合。在這里主要介紹幾種有關(guān)金屬硬度的測(cè)試方法。

(1)金屬洛氏硬度

測(cè)試原理

將壓頭(金剛石圓錐、鋼球或硬質(zhì)合金球)分兩個(gè)步驟壓入試樣表

面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，測(cè)量在初試驗(yàn)力下的殘余壓痕

深度h,依據(jù)h值及常數(shù)N和S計(jì)算洛氏硬度。

術(shù)語(yǔ)及定義

洛氏硬度=N-h/S

初始試驗(yàn)力----試驗(yàn)時(shí)預(yù)加載試驗(yàn)力。

主試驗(yàn)力——使測(cè)量樣品產(chǎn)生殘余壓痕的加載。

總試驗(yàn)力----初始試驗(yàn)力加上主試驗(yàn)力。

測(cè)試程序

洛氏硬度應(yīng)選擇在較小的溫度改變范圍內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)闇囟雀淖兛赡?/p>

會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響。所以試驗(yàn)一般規(guī)定在10-35C的室溫進(jìn)行。試樣

應(yīng)平穩(wěn)地放置在鋼性支承物上，并使壓頭軸線與試樣表面垂直。避開(kāi)試

樣產(chǎn)生位移。使壓頭與試樣表面接觸，在無(wú)沖擊和振動(dòng)的狀況下施加試

驗(yàn)力，初試驗(yàn)力保持不應(yīng)超過(guò)3秒。將測(cè)在不小于1秒且不大于8秒的

時(shí)間內(nèi)，從初試驗(yàn)力增加到總試驗(yàn)力，并保持4秒±2秒，然后卸除主

試驗(yàn)力，保持初試驗(yàn)力，經(jīng)過(guò)短暫穩(wěn)定后，進(jìn)行讀數(shù)。為了讀數(shù)精確，

在試驗(yàn)過(guò)程中，硬度計(jì)應(yīng)避開(kāi)受到任何沖擊和振動(dòng)。

在多處取值時(shí)，兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)為壓痕直彳仝的4倍，

但不得小于2mmo任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應(yīng)為壓痕直徑的

2.5倍，但不得小于1mm。

(2)金屬布氏硬度

測(cè)試原理

對(duì)肯定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)

間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗(yàn)力除以

壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有肯定半徑的球形，其半徑是

壓頭球直徑的二分之一。

術(shù)語(yǔ)及定義

試驗(yàn)力——試驗(yàn)時(shí)所用的負(fù)載。

壓痕平均直徑——兩相互垂直方向測(cè)量的壓痕直徑的算術(shù)平均

值。

球直徑——壓頭中硬質(zhì)合金球的直徑。

測(cè)試程序

一般試驗(yàn)在10-35C的室溫進(jìn)行即可，假如有對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試

驗(yàn)（視材料對(duì)溫度的敏感性），試驗(yàn)溫度應(yīng)為23℃±5℃。

試驗(yàn)力的選擇應(yīng)保證壓痕直徑在0.24D.0.6D之間。試驗(yàn)力一壓頭

球直徑的平方的比率（1.02F/D2比值）應(yīng)依據(jù)材料和硬度值選擇。

為了保證在盡可能大的有代表性的試樣區(qū)域試驗(yàn)，應(yīng)盡可能選取大

直徑的壓頭；當(dāng)試樣尺寸允許時(shí)，應(yīng)優(yōu)先運(yùn)用直徑為10mm的球壓頭進(jìn)

行試驗(yàn)。

使壓頭與試樣表面垂干脆觸，垂直于試驗(yàn)面施加試驗(yàn)力，加力過(guò)程

中不應(yīng)有沖擊和振動(dòng)，直至將試驗(yàn)力施加至規(guī)定值。

試驗(yàn)力保持時(shí)間為10-15秒。對(duì)特殊材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間可以延

長(zhǎng)，但誤差應(yīng)在±2秒。

任一壓痕中心距試樣邊緣距離，至少為壓痕平均直徑的2.5倍。相

鄰壓痕中心間的距離至少為壓痕直徑的3倍。應(yīng)在兩相互垂直方向測(cè)量

壓痕直徑，用兩個(gè)讀數(shù)的平均值計(jì)算布氏硬度。（或按GB/T231.4查得

布氏硬度值）

布氏硬度試驗(yàn)范圍上限不大于650HBWo

（3）金屬維氏硬度

測(cè)試原理

將頂部?jī)上鄬?duì)面具有規(guī)定角度的正四棱錐體金剛石壓頭用試驗(yàn)力

壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角

線長(zhǎng)度。維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得的商，壓痕被視為具

有正方形基面并與壓頭角度相同的志向形態(tài)。

術(shù)語(yǔ)及定義

試驗(yàn)力-一試驗(yàn)時(shí)所用的負(fù)載。

壓痕對(duì)角線------卸載后，壓頭在被測(cè)樣品表面留下的方形或菱形壓

痕的對(duì)角線。

壓頭夾角------壓頭頂部?jī)上鄬?duì)面的夾角。

測(cè)試程序

試驗(yàn)一般在10-35C的室溫進(jìn)行。對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫

度應(yīng)為23c±5C。依據(jù)試樣厚度和硬度選擇試驗(yàn)力。使壓頭與試樣表

面垂干脆觸，垂直于試驗(yàn)面施加試驗(yàn)力，加力過(guò)程中不應(yīng)有沖擊和振動(dòng),

直至將試驗(yàn)力施加至規(guī)定值。試驗(yàn)力保持時(shí)間為10-15秒。對(duì)特殊材料,

試驗(yàn)力保持時(shí)間可以延長(zhǎng)，直至試樣不再發(fā)生塑性變形，但誤差應(yīng)在±2

秒。應(yīng)測(cè)量壓痕兩條對(duì)角線長(zhǎng)度，用其算術(shù)平均值或通過(guò)查表得到硬度

值。放大系統(tǒng)應(yīng)能將對(duì)角線放大到視場(chǎng)的25%-75%。

考慮各種測(cè)試方法的應(yīng)用范圍，最終我們選用金屬洛氏硬度的測(cè)試

方法，該硬度計(jì)型號(hào)為HR-150A,詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表5.4。

表5.4洛氏硬度計(jì)主要技術(shù)規(guī)格

型號(hào)測(cè)量范圍/HRC試驗(yàn)力/N硬度辨別率/HR

HR-150A20-70588.4、980.7、0.5HR

1471

5.2金相分析設(shè)備

金相組織：金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只有在顯微鏡下才能視察到。在

顯微鏡下看到的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)稱(chēng)為顯微組織或金相組織。鋼材常見(jiàn)的金

相組織有：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體等。

金相顯微鏡是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理

技術(shù)完備地結(jié)合在一起而開(kāi)發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品，可以在計(jì)算機(jī)上很

便利地視察金相圖像，從而對(duì)金相圖譜進(jìn)行分析，評(píng)級(jí)等以及對(duì)圖片進(jìn)

行輸出、打印。用入射照明來(lái)視察金屬試樣表面(金相組織)的顯微鏡。

我們選擇AxioImagerAlm對(duì)不同狀態(tài)下的3Cr2W8V鋼金相圖譜

分析，該顯微鏡詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表5.5。

表5.5AxioImagerAlm參數(shù)

型號(hào)儀器放大倍目鏡放大倍數(shù)物鏡放大倍數(shù)

數(shù)

AxioImager12.5x-600X10X、16X、5X、10X、20X、50X、

Alm25X100X

5.3熱處理工藝方法及選擇

(1)預(yù)選熱處理選擇

正火

正火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac3或Acm線以上，保溫一段時(shí)

間，然后進(jìn)行空冷。正火目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布勻稱(chēng)化。

正火的主要應(yīng)用范圍有：①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，

韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。②用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處

理作為最終熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處

理。③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的

形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄

態(tài)組織，改善切削加工性能。⑤用于大型鍛件，可作為最終熱處理，從

而避開(kāi)淬火時(shí)較大的開(kāi)裂傾向。⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨

性得到提高，如用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零

件。⑦過(guò)共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，可消退網(wǎng)狀二次滲碳體，

以保證球化退火時(shí)滲碳體全部球?；?。

退火

退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保?/p>

肯定時(shí)間，然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

退火目的是降低硬度，改善切削加工性；消退殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸,

削減變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消退組織缺陷。

退火工藝分類(lèi)

依據(jù)鋼的化學(xué)成分和退火目的的不同，退火工藝種類(lèi)很多。其中按

加熱溫度可分為兩大類(lèi)：一是臨界溫度（Acl或Ac3）以上的退火，稱(chēng)

為“相變重結(jié)晶退火”，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、擴(kuò)

散退火和球化退火等；二是加熱到臨界溫度（Acl或Ac3）以下的退火,

稱(chēng)為“低溫退火”，包括軟化退火、再結(jié)晶退火和去應(yīng)力退火等。下面介

紹幾種常用的退火工藝

完全退火：將亞共析鋼加熱至Ac3以上20-30C,保溫足夠時(shí)間奧

氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而得到接近平衡的組織，這種熱處理工藝

稱(chēng)為完全退火。

完全退火只適用于亞共析鋼，不宜用于過(guò)共析鋼，過(guò)共析鋼緩冷后

會(huì)析出網(wǎng)狀二次滲碳體。使鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性大大降低。

不完全退火：不完全退火又叫不完全重結(jié)晶退火，是將鋼加熱到

Acl與Ac3

或Acl與Acm之間某一溫度，保溫后緩慢冷卻下來(lái)，使鋼組織發(fā)生不

完全重結(jié)晶。

不完全退火可用于亞共析鋼也可用于共析鋼。不完全退火的目的與

完全退火相同，都是通過(guò)相變重結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒，改善組織，去除應(yīng)力,

改善切削性能，只是由于重結(jié)晶不完全而程度稍差，但卻能節(jié)約時(shí)間，

降低費(fèi)用，提高生產(chǎn)率。

球化退火：球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。將

鋼加熱到Acl以上20-30C,保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵

素體基體上勻稱(chēng)分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。

球化退火主要適用于共析鋼和過(guò)共析鋼，經(jīng)球化退火得到的是球狀

珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和

片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧

氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂傾向小。另外對(duì)于一些須要

改善冷塑性變形（如沖壓、冷鎖等）的亞共析鋼有時(shí)也可采納球化退火。

球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是一般球化退火和等溫

球化退火。一般球化退火是將鋼加熱到Acl以上20-30C,保溫適當(dāng)時(shí)

間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與

一般球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ari的溫度進(jìn)

行等溫，等溫時(shí)間為其加熱保溫時(shí)間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500C

左右出爐空冷。和一般球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，

而且可使球化組織勻稱(chēng)，并能?chē)?yán)格地限制退火后的硬度。

結(jié)合3Cr2W8V鋼的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)正火和退火的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范

圍進(jìn)行比較，發(fā)覺(jué)正火和退火都能滿意試驗(yàn)要求，但是為了試驗(yàn)的精確

性，并且退火能夠細(xì)化晶粒，消退內(nèi)應(yīng)力，最終我們選擇退火作為預(yù)選

熱處理，在退火詳細(xì)工藝的選擇過(guò)程中，等溫球化退火不嘆適用于

3Cr2W8V鋼，并且球化組織勻稱(chēng)，并能?chē)?yán)格地限制退火后的硬度。時(shí)

間短，生產(chǎn)效率高。綜上所述，最終選擇等溫球化退火作為預(yù)選熱處理。

(2)最終熱處理的選擇

淬火

將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持肯定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻

速度冷卻，以獲得非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變組織，如馬氏體、貝氏體和奧氏體等的

熱處理工藝。

淬火的目的是使過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體

或下貝氏體組織，然后協(xié)作以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、

硬度、耐磨性、疲憊強(qiáng)度以及韌性等，從而滿意各種機(jī)械零件和工具的

不同運(yùn)用要求。也可以通過(guò)淬火滿意某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等

特殊的物理、化學(xué)性能。

常用的淬火方法有單液淬火法、中斷淬火法(雙淬火介質(zhì)淬火法)、

分級(jí)淬火法、等溫淬火法。

單液淬火法，把已加熱到淬火溫度的工件淬入一種淬火介質(zhì)，使其

完全冷卻。它是最簡(jiǎn)潔的淬火方法，常用于形態(tài)簡(jiǎn)潔的碳鋼和合金鋼工

件，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是在水中淬火

應(yīng)力大，工件簡(jiǎn)潔變形開(kāi)裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，

大型工件不易淬透。

中斷淬火法（雙淬火介質(zhì)淬火法），把加熱到淬火溫度的工件，先

在冷卻實(shí)力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)入慢冷的淬火

介質(zhì)中冷卻至室溫，以達(dá)到在不同淬火冷卻溫度區(qū)間，有比較志向的淬

火冷卻速度?？捎糜谛螒B(tài)困難、截面不勻稱(chēng)的工件淬火。雙液淬火的缺

點(diǎn)是難以駕馭雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過(guò)早簡(jiǎn)潔淬不硬，轉(zhuǎn)換過(guò)遲乂簡(jiǎn)潔

淬裂。

分級(jí)淬火法，把工件由奧氏體化溫度淬入高于該種鋼馬氏體起先轉(zhuǎn)

變溫度的淬火介質(zhì)中，在其中冷卻直至工件各部分溫度達(dá)到淬火介質(zhì)的

溫度，然后緩慢冷至室溫，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。分級(jí)冷卻的目的，是為了

使工件內(nèi)外溫度較為勻稱(chēng)，同時(shí)進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，可以大大減小淬火應(yīng)

力，防止變形開(kāi)裂。

等溫淬火法，工件淬火加熱后，若長(zhǎng)期保持在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)的溫

度，使之完成奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變，獲得下貝氏體組織，這種淬火方法稱(chēng)

為等溫淬火。等溫淬火用于中碳以上的鋼，目的是為了獲得下貝氏體，

以提高強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。低碳鋼一般不采納等溫法火。

回火

回火是工件淬硬后加熱到Acl以下的某一溫度，保溫肯定時(shí)間，

然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

依據(jù)回火溫度的不同，分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三種。

低溫回火（150-250C）,組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，

回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了

韌性。主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸

承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。

中溫回火（350-500C）,組織為回火屈氏體，對(duì)于一般碳鋼和低合

金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三溫度區(qū)，此時(shí)碳化物起先聚集，基體

起先回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消退。工件具有高的彈性極限，有良好的塑性

和韌性，主用于彈性件及模具處理。

高溫回火（500-650C）,組織為回火索氏體，淬火和隨后的高溫回

火稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。因此，

高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作汽車(chē)、拖拉

機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)床主軸

及齒輪等重要的機(jī)器零件。

由于3Cr2W8V鋼在高溫狀態(tài)下運(yùn)用，因而采納高溫回火比較符合

實(shí)際狀況。

6,熱處理工藝制度制定

6.1等溫球化退火工藝的制定

等溫球化退火溫度，將共析鋼或過(guò)共析鋼加熱到Acl+（20-30℃）,

保溫適當(dāng)時(shí)間，然后冷卻到略低于Acl以下的溫度，等溫保持一段時(shí)

間，然后再爐冷或空冷，因而，第一步將試樣加熱到溫度840-860C；

其次步將試樣加熱到溫度760-770℃o

等溫球化退火保溫時(shí)間，保溫時(shí)間與鋼的化學(xué)成分、工件形態(tài)、尺

寸、爐子類(lèi)型、裝爐量等多種因素有關(guān)，一般按每毫米厚度保溫

1.5-2.5min估算?？紤]到3Cr2W8V中的合金元素形成高熔點(diǎn)碳化物，

第一步保溫時(shí)間60min；其次步保溫時(shí)間60min

等溫球化退火的冷卻方式一般采納隨爐冷卻。

溫

度

c\

時(shí)間/min

圖6.1等溫球化退火

6.2淬火工藝的制定

淬火加熱規(guī)范的確定

(1)加熱溫度，過(guò)共析鋼淬火加熱溫度為Acl或Ac3+30-50°C,為

了測(cè)定出最適合的淬火溫度，查閱相關(guān)書(shū)籍后，確定先測(cè)定1100℃,

然后視察1()()()℃和1200℃,來(lái)確定是否在1100C處形成硬度峰值。

(2)淬火加熱時(shí)間，應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并

使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分勻稱(chēng)化所需的

時(shí)間。常用閱歷公式為：

i=a-k-D

式中T----加熱時(shí)間，min；

a---加熱時(shí)間系數(shù)，min/mm；

k——裝爐量修正系數(shù)；

D——工件有效厚度，mmo

對(duì)于圓柱形工件的有效厚度，一般按工件直徑計(jì)算，因而工件有效

厚度為14mm。對(duì)于3Cr2W8V鋼，a=1.5,k=l,則T=L5xlxl4=21min,

考慮到透熱之后，還須要一段組織轉(zhuǎn)變時(shí)間，因而我選擇20.40min的

保溫時(shí)間。

(3)加熱速度，對(duì)于形態(tài)困難，要求畸變形小，或用合金鋼制造的

大型鑄鍛件，必需限制加熱速度以保證減小淬火畸變及開(kāi)裂傾向，一般

采納預(yù)熱加熱。對(duì)于形態(tài)簡(jiǎn)潔的中、低碳鋼直徑小于100mm的中低合

金結(jié)構(gòu)鋼可干脆到溫入爐加熱。

淬火冷卻方法

淬火介質(zhì)的選擇，首先應(yīng)按工件所采納的材料及其淬透層深度的要

求來(lái)選擇，凡是淬火烈度大于按淬透層深度所要求的淬火烈度的淬火介

質(zhì)都可采納；但是從淬火應(yīng)力變形開(kāi)裂的角度考慮，淬火介質(zhì)的淬火烈

度越低越好。綜合這兩方面的要求，選擇淬火介質(zhì)的第一個(gè)原則應(yīng)是在

滿意工件淬透層深度要求的前提下，選擇淬火烈度最低的淬火介質(zhì)。考

慮到3Cr2W8V綱淬透性比較好，故應(yīng)采納油淬。

冷卻方法的選擇，考慮試驗(yàn)所用試樣形態(tài)簡(jiǎn)潔，尺寸較小，淬火過(guò)

程易比較簡(jiǎn)潔，故選用單液淬火法。

時(shí)間/min

圖6.2不同溫度進(jìn)行淬火

6.3回火工藝的制定

⑴回火溫度的確定：依據(jù)零件要求，調(diào)質(zhì)后的硬度為HRO46-50,

查表6.1選擇回火溫度為550℃、600℃、650℃o

表6.13Cr2W8V鋼調(diào)質(zhì)硬度

鋼號(hào)回火/℃HRC

70035-40

3Cr2W8V64040-45

54045-50

(2)回火時(shí)間的確定：回火時(shí)間一般從工件入爐后爐溫升至回火溫

度時(shí)起先計(jì)算，由于工件的有效厚度是14mm,爐膛面積較大，工件之

間不會(huì)相互干擾，故我選擇保溫時(shí)間為4()min。

表6.2中、高溫回火保溫時(shí)間參數(shù)表

有效厚度/mm<2525-5050-7575-100100-125125-150

鹽爐20-3030-4545-6075-9090-120120-150

保溫時(shí)

空氣

間/min40-6070-90100-120150-180180-210210-240

爐

(3)回火后的冷卻：回火后工件在油中冷卻。

650c

------------------------------------------A

時(shí)間/min

圖6.3不同溫度進(jìn)行火

7結(jié)果及分析

7.1硬度

表7.13Cr2W8V鋼等溫球化退火硬度

鋼號(hào)等溫球化退火/℃HRC平均值

第T840-860

3Cr2W8V

其次步760-7701214.511.51212.5

表7.23Cr2W8V鋼淬火硬度

鋼號(hào)淬火/℃HRC平均值

100060.562.560.560.561

3Cr2W8V110064.563.563.562.563.5

1200565858.55757.375

表7.33Cr2W8V鋼回火硬度

鋼號(hào)回火/℃HRC平均值

55058.559605959.125

3Cr2W8V6005556555555.25

65053.552.5525252.5

等溫球化退火硬度圖

20

--——

3M15?-------------------------------

氤10

U111

1234

采集點(diǎn)

圖7.1等溫球化退火硬度圖

淬火硬度趨勢(shì)圖

圖7.2淬火硬度趨勢(shì)圖

溫度

圖7.3回火硬度趨勢(shì)圖

⑴由上表7.1知道，經(jīng)過(guò)等溫球化退火工藝處理的3Cr2W8V鋼硬

度平均值為12.5HRC,圖7.1給出了較為直觀的表述，基本上等溫球化

退火后的硬度在12.5HRC上下波動(dòng),此時(shí)的3Cr2W8V鋼還是比較軟，

這主要是由于此時(shí)組織為珠光體和碳化物所導(dǎo)致，特殊是珠光體硬度不

是很高，因而等溫球化退火后的3Cr2W8V鋼比較軟。

(2)由上表7.2知道，在等溫球化退火的基礎(chǔ)上，對(duì)3Cr2W8V鋼分

別進(jìn)行1000℃、1100℃、1200℃的淬火,在1100C處3Cr2W8V鋼的

硬度達(dá)到最大值，平均值為63.5HRC,我們通過(guò)圖7.2可以直觀的視察

到，隨著淬火溫度的不斷提高，3Cr2W8V鋼的硬度也隨之上升，到達(dá)

1100C時(shí)，硬度值達(dá)到最大，接著上升溫度，3Cr2W8V鋼的硬度起先

呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這主要是由于3Cr2W8V鋼中含有的合金元素熔點(diǎn)較

高，形成的碳化物不易溶解，當(dāng)淬火溫度達(dá)到“()()℃時(shí)，碳化物溶解,

淬火時(shí)奧氏體大量轉(zhuǎn)化為馬氏體，因此硬度比較高，在1200C時(shí)，雖

然碳化物完全溶解有利于馬氏體相變，但由于溫度過(guò)高，導(dǎo)致奧氏體組

織過(guò)大，因此馬氏體組織粗大，硬度隨之下降。

(2)由上表7.3知道，經(jīng)過(guò)1100C淬火工藝處理的3Cr2W8V鋼，在

不同的回火溫度下，硬度出現(xiàn)了明顯的改變，可見(jiàn)3c己W8V鋼是對(duì)溫

度比較敏感的一類(lèi)鋼材，通過(guò)圖7.3,我們簡(jiǎn)潔得出如下結(jié)論，隨著回

火溫度的不斷提高，3Cr2W8V鋼的硬度相應(yīng)的出現(xiàn)下降，但是該結(jié)論

僅限于55()-65()℃這一溫度范圍，因?yàn)槲覀冞€須要考慮二次硬化現(xiàn)象的

出現(xiàn)，分析550-650C溫度范圍內(nèi)硬度的改變，主要是由于溫度越高，

馬氏體的分解越多，因而硬度也就隨之下降了。

7.2金相分析

圖7.4等溫球化退火500X圖7.51()()()℃淬

火500X

圖7.61100C淬火500X圖7.71200C淬

火5OOX

圖7.8550c回火500X圖7.9600℃回

火500X

圖7.10650℃回火500X

分析：

配制的侵蝕劑為硝酸酒精溶液，硝酸濃度為5%,下面分別對(duì)

3Cr2W8V在退火、淬火和回火階段的金相圖進(jìn)行分析。

⑴圖7.4

處理狀況：840-860C保溫60min后，冷卻到760-77()℃保溫60min,

隨爐冷卻。

組織說(shuō)明：鐵素體基體上彌散分布粒狀或球狀滲碳體，即得到點(diǎn)狀

珠光體和少量碳化物。由于材料中含有大量的珠光體。其性能介于鐵素

體和滲碳體之間，硬度適中，故等溫球化退火狀態(tài)的3Cr2W8V鋼硬度

不是很高。

(2)圖7.5圖7.6圖7.7

材料名稱(chēng)：3Cr2W8V

侵蝕劑：5%硝酸溶液

處理狀況：840-860C保溫60min后，冷卻到760?770℃保溫60min,

隨爐冷卻。分別1000℃、1100℃>1200℃保溫20?40min,油冷。

組織說(shuō)明：馬氏體、粒狀碳化物以及極少量殘余奧氏體。如圖7.5

所示，1000C淬火時(shí)，由于加熱溫度不是很高，馬氏體針葉細(xì)小，基體

中碳化物未能充分溶解，奧氏體成分尚不勻稱(chēng)。由于材料中出現(xiàn)了馬氏

體組織，因而硬度有了較大的提高。在11()()℃時(shí)，如圖7.6示，由于淬

火溫度的進(jìn)一步提高，與圖7.5進(jìn)行比較，可以發(fā)覺(jué)除了見(jiàn)到稍粗馬氏

體外，殘余碳化物含量大大削減，硬度高于1000C的淬火硬度。在

1200C淬火后的金相圖如圖7.7所示，過(guò)高的加熱溫度，使大部分碳化

物溶解于奧氏體中，因而阻礙晶粒長(zhǎng)大的機(jī)械作用消逝，淬火得到粗大

馬氏體，硬度低于1100℃淬火硬度，為57.375HRC。

⑶圖7.8圖7.9圖7.10

材料名稱(chēng)：3Cr2W8V

侵蝕劑：5%硝酸溶液

處理狀況：84()?86()℃保溫60min后，冷卻到760-770C保溫60min,

隨爐冷卻。11()0℃保溫20-40min,油冷。分別550℃、600℃>650℃保

溫40min,油冷。

組織說(shuō)明：回火托氏體、回火馬氏體、點(diǎn)狀和顆粒狀碳化物，以及

少量殘余奧氏體。如圖7.8所示，550c回火處理過(guò)程雖有一部分奧氏

體在冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，但尚有一部分被保留下來(lái)。當(dāng)回火溫度上升

到600C時(shí)，視察圖7.9,組織中的殘余奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為馬氏體，

同時(shí)由于碳化物的析出，組織硬度有所下降。當(dāng)溫度上升到65()℃時(shí)，

回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w，如圖7.1()所示，相比較6()()℃,組織硬

度有了更近一步的下降。

7.3合金元素對(duì)3Cr2W8V影響

銘的影響

(1)銘為碳化物形成元素。它能提高鋼的Acl,降低Ac3阻擋晶粒

長(zhǎng)大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻溫度。因而，使鋼在熱處理

時(shí)，退火，正火，淬火的加熱溫度都有所提高。并使它在油中便能淬硬,

但它降低了鋼的馬氏體點(diǎn)，因而增加了鋼的殘余奧氏體量。

(2)使鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)域變?yōu)?00-500C和400-250℃0

(3)提高了鋼的硬度和強(qiáng)度。

鴇的影響

(1)鴇是劇烈地形成碳化物的元素，并使鋼的紅硬性增加。

(2)鴇能使Acl和Ac3上升，并能阻擋晶粒長(zhǎng)大，因而有效地提高

了鋼在熱處理時(shí)退火、正火、淬火的加熱溫度。

(3)降低臨界冷卻速度，并使鋼的淬透性大大增加，因而含鋁量高

的鋼能在空氣中淬硬。

(4)使奧氏體在500-400C最不穩(wěn)定，同時(shí)降低馬氏體點(diǎn)，但增加殘

余奧氏體量不多。

(5)有阻擋回火脆性發(fā)生的作用和提高鋼的硬度與強(qiáng)度。

鋼的影響

(1)鈕是碳化物形成元素，并能使鐵素體硬度增加。

(2)上升Acl和Ac3點(diǎn)，使鋼的過(guò)熱敏感性顯著削減，從而使鋼的

退火、正火、淬火的加熱溫度提高。

(3)使鋼的奧氏體穩(wěn)定性增加，降低臨界冷卻速度，增加鋼的淬透

性。

(4)奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域在700-500℃,并降低馬氏體點(diǎn)增加殘余

奧氏體數(shù)量。

(5)能增加鋼的回火穩(wěn)定性和提高鋼的硬度和強(qiáng)度。

8與相關(guān)熱處理進(jìn)行比較

相關(guān)工藝(1)

預(yù)處理采納快速退火：試樣在890°。保溫lOmin,取出空冷至55()℃

立即放入76()℃爐中保溫60min,取出空冷。

最終熱處理：淬火選擇最佳溫度1100C,回火選擇600C。

表8.13Cr2W8V鋼快速球化退火硬度

鋼號(hào)等溫球化退火/℃HRC平均值

第一步890

3Cr2W8V1415B1414

其次步760

表8.23Cr2W8V鋼淬火硬度

鋼號(hào)淬火/℃HRC平均值

3Cr2W8V11006564.563.563.564.125

表8.33Cr2W8V鋼回火硬度

鋼號(hào)回火/℃HRC平均值

3Cr2W8V60057.5575757.557.25

退火工藝硬度比較圖

圖8.1（系列1為快速球化退火系列2為本試驗(yàn)預(yù)處理）

圖8.2(系列1為快速球化退火系列2為本試驗(yàn)預(yù)處理)

600度回火硬度比較圖

圖8.3(系列1為快速球化退火系列2為本試驗(yàn)預(yù)處理)

(1)由上表8.1給出的快速球化退火硬度我們不難看出，經(jīng)過(guò)快速球

化退火工藝處理的3Cr2W8V鋼的硬度基本上在14HRC旁邊波動(dòng)，高

于等溫球化退火工藝所得到的硬度，通過(guò)圖8.1我們也能直觀的發(fā)覺(jué)這

一點(diǎn)，因而就硬度而言，快速球化退火能夠得到高于等溫球化退火的組

織，并且節(jié)約了大量時(shí)間。

(2)由上表8.2知道，在快速球化退火的基礎(chǔ)上，采納1100℃淬火,

得到的平均硬度為64.125HRC,與等溫球化退火工藝比較，硬度略高，

通過(guò)圖8.2,我們可以發(fā)覺(jué)，所采集的點(diǎn)基本