铬合金与模具钢的一些密不可分的联系(1)

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铬合金与模具钢的一些密不可分的联系(1)


众所周知模具钢是由多种合金元素组成,正是由于这些特殊的合金元素才能使得模具钢的性能那么优越,比如我们比较常见冷作模具钢DC53就是使用了铬合金元素,DC53里面铬的含量达到8%左右,这使得材料有着超高的韧性及硬度,所以我们这次来介绍一下铬合金的主要性能及元素的一下特质。
  由于碳素钢的综介力学性能低,淬透性差,回火稳定性差,抗腐蚀性差,高温强度低,热硬性低、无特殊的电磁性能等缺点限制了它的应用。介金钢正是为了弥补碳素钢的缺点而发展起来的,在碳素钢的基础上有目的的加入各种介金元素所冶炼成的钢。
  在合金钢中,经常加入的合金元素有:锰(Mn>0. 8%)、硅(8i>0. "%)、铬}Cr)、镍(Ni)、钨(Wu)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(v)、铝(AL)、铜(Cu)、硼(B)、铌(NI)及稀土元素(Re)等。铬是重要的介金化元素,几乎所有介金钢中都含有铬元素,铬以金属铬和铬铁形式加入钢中。本文主要以它为研究对象,综介分析其对钢材组织、金相、Fe-Fe3C相图的影响,从而揭示其改变介金钢力学性能及热处理工艺的原因与结果。
  1 铬元素简介
  分子式:Cr,分子量:51.996,电子排布:[Ar]3d54s1,银白色金属,纯铬有延展性,含杂质的铬硬而脆。密度为 7.20克/立方厘米,熔点 1857±20℃,沸点 2672℃,化合价+2、+3和+6。铬元素物理性能皆与铁相近。
  2铬元素在合金钢中存在形态
  2. 1铬元素与铁的相互作用
  因纯Cr与a -Fe同为体心立方晶格,且与a -Fe原子半径和电子结构均相近,所以它们在室温下能够无限固溶;铬能溶入铁素体中,形成置换固溶体,又山于与a -Fe原子半径和电子结构的差异,必然引起铁素体晶格的畸变,产生固溶强化,使铁素体的强度、硬度提高,在铬含量毛2. 0%,在显著强化固溶铁素体的同时,仍能提高塑、韧性;但铬含量> 2. 0%,将降低固溶铁素体的塑、韧性。
  2. 2铬元素与碳的相互作用
  铬元素小是石墨化元素,也小是与碳结介力很强的碳化物形成元素(如认、钒等),其与碳的结介能力中等。当铬含量少时,多形成铁、铬介金渗碳体(Fe , Cr ) 3C,当铬含量较高()5%)为中、高介金钢时,多与碳形成具有复杂晶格的***类碳化物如:Crz3C6 v Cr;C3等。此类碳化物与具有简单晶格的T1C}UCv WzCv 1}OZC等第二类碳化物相比较,具有硬度、熔点相对较低,稳定性较差,加热时易溶解进入奥氏体中。
  3铬元素对钢的相变的影响
  3. 1铬元素对铁碳相图的影响
  铬将使Fe-Fe3C相图中A1 <A3)点向上移动,A4点向下移动,S, E点向左上方移动。共析点S的左移,使介金钢中共析成分的含碳量下降,且当铬含量> 19%后,将封闭Y相区,介金钢将小再随温度的改变而发生a一丫转变,从而保持为铁素体,常称为铁素体钢。工业用高硅变压器钢,高铬小锈钢等都属于铁素体钢。
  3. 2铬元素对合金钢加热转变的影响
  介金钢加热时的组织转变过程与碳钢基本相同,即包括奥氏体的形核与长大、碳化物的溶解、奥氏体的均匀化四个阶段。铬元素同大多数介金一样,会减慢奥氏体化过程。介金碳化物也使介金钢的临界点升高。因此介金钢与碳钢相比,奥氏体温度一般要高,保温时间也要较长。
  3. 3铬元素对合金钢冷却转变的影响
  大多数介金元素(除Co外)均增大过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移,临界冷却速度减小,提高钢的淬透性,而Cr常常用来作为一种提高淬透性的***主要的元素。大多数介金元素(除Co, A1外),都将使介金钢的Ms,Mf点下降,从而使热处理后的介金钢中残余奥氏体量增多、硬度和疲劳强度降低,铬元素也如此。
  3. 4铬元素对合金钢回火转变的影响
  淬火后形成的马氏体,山于溶入进了铬等介金元素,使得Fe, C的扩散速度减慢,在回火过程中,减缓了马氏体的分解、残余奥氏体的分解以及碳化物的析出聚集的速度,并在这一过程形成了更高的温度,提高介金钢的回火稳定性。这一特性对许多介金钢具有重要的意义,对于介金结构钢而言,使相同的回火温度下的介金钢的硬度高于碳素钢;对于介金工具钢而言,高的回火稳定性使其表现出良好的热硬性。