CN102517514A

CN102517514A - 一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢

Info

Publication number: CN102517514A
Application number: CN2011104285092A
Authority: CN
Inventors: 戴玉梅; 马永庆; 张洋
Original assignee: Shenyang University
Current assignee: Shenyang University
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，涉及一种合金钢，该合金钢是利用量子化学程序结合原子间相互作用势，计算基体马氏体晶胞结合能，进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，韧性估计，非碳化物形成元素合金成分来确定的；其合金钢质量分数的成分为：Fe93.08%，C0.56%，Cr1.42%，W2.21%，Mo0.95%，Mn0.34%，V0.53%，Si0.62%，Ni0.29%；该合金钢能在低温度淬火、显微组织分布形态细小的碳化物、同时具有较高的硬度和强韧性，可满足使用性能要求的高碳中合金工模具钢。

Description

一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢

技术领域

本发明涉及一种合金钢，特别是涉及一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢。

背景技术

耐冲击工具钢的用途比较广泛，例如冲头、凿子、冲压膜、剪切刀具和冲击切削刀片等，既要有高的耐冲击性和较高的硬度，又要有高的耐磨性和较好的耐热性。5CrW2Si和 6CrW2Si钢是典型的耐冲击工具钢，但是，在有些应用条件下，耐磨性或耐热性明显不足，常常改选为高合金热作模具钢代替，而国外的低中合金耐冲击工具钢品种很多，为了提高高碳低合金钢的强度、耐磨性和抗回火性，往往考虑增加其合金含量，使之成为高碳中合金钢。但是，高碳中合金钢可能造成碳化物聚集长大，不易细化，对钢的强韧性、抗疲劳断裂等性能有一定的影响，而且，由于提高了淬火温度，则会造成淬火残余奥氏体量增多，又需提高回火温度以促进残余奥氏体分解，反而使硬度下降，影响了中合金钢的使用性能。国内外工模具钢历来缺少高碳中合金钢品种，尤其高碳中合金钢中Si含量高时，热加工和热处理过程中脱碳严重，为了提高高碳中合金钢性能，设想降低Si的含量，同时加入Ni，降低Si的含量，可以降低强度，加入Ni，可以增强强度，合金中Si和Ni的含量多少，将直接影响其机械性能。所以，对于高碳中合金钢中Si和Ni含量的合理确定，一直是大家关心的问题。在这样的背景下，我们设想研制开发出适合低温度淬火、且显微组织中具有一定数量、尺寸及分布形态的细小碳化物、同时具有较高的硬度和强韧性、以满足使用性能要求的含低量Ni、Si的高碳中合金工模具钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢。该合金钢能在低温度淬火、显微组织分布形态细小的碳化物、同时具有较高的硬度和强韧性，可满足使用性能要求的高碳中合金工模具钢。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，该合金钢是利用量子化学程序结合原子间相互作用势，计算基体马氏体晶胞结合能，进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，韧性估计，非碳化物形成元素合金成分来确定的；其合金钢质量分数的成分为：Fe 93.08%，C 0.56%，Cr 1.42%，W 2.21 %，Mo 0.95 %，Mn 0.34%，V 0.53%，Si 0.62%，Ni 0.29%；合金钢淬火硬度随淬火加热温度升高而升高的曲线分三段，910℃～980℃中段淬火，淬火硬度升高随淬火温度上升的趋势减缓；较高的温度淬火后，回火出现低温和高温两个回火沉淀硬化区，220℃～240℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC54～58；540℃～570℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC52～56。

所述的一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，其所述的合金钢是在计算偏聚结构晶胞结合能的基础上，选择偏聚晶胞组合处理方法，研究Si、Ni、C的变化对Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基体原子间的结合能的影响，利用相平衡热力学方法研究组织结构，同时进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，最终确定非碳化物形成元素合金含量。

本发明的优点与效果是：

本发明的合理成分设计，是常规热处理工艺下获得细小碳化物高硬度强韧性高碳中合金钢的关键，按照技术指标对机械性能的要求，用理论计算确定、相平衡热力学方法及延伸计算，进行Ni、Si合金元素含量不同时钢的全部计算结果进行分析比较，最终完成合适Ni、Si含量多元高碳中合金钢新产品的成分设计，满足使用性能要求的高碳中合金工模具钢。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细说明。

本发明根据电子、原子层次计算方法计算得到的多元合金钢中C、Si、Ni等含量变化对合金结合能影响结果，结合性能目标要求，设计一种能在低温度淬火、且显微组织中具有一定数量、尺寸及分布形态的细小碳化物、同时具有较高的硬度和强韧性、以满足使用性能要求的高碳中合金工模具钢。

在参考以前高碳中合金钢成分，保持碳化物形成元素合金成分、工艺参数不变前提下，利用量子化学程序结合原子间相互作用势，计算基体马氏体晶胞结合能，进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，韧性估计，非碳化物形成元素合金成分确定。

Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，产品成分(质量分数)为：Fe 93.08%，C 0.56%，Cr 1.42%，W 2.21 %，Mo 0.95 %，Mn 0.34%，V 0.53%，Si 0.62%，Ni 0.29%。该钢热处理显微组织细化均匀。淬火硬度随淬火加热温度升高而升高的曲线分三段，910℃～980℃中段淬火，淬火硬度升高随淬火温度上升的趋势减缓。较高的温度淬火后，回火出现低温和高温两个回火沉淀硬化区，220℃～240℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC54～58；540℃～570℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC52～56。

由于Ni、Si属于非碳化物形成元素，在合金钢中主要溶于基体。在参考以前高碳中合金钢成分，保持碳化物形成元素合金成分、工艺参数不变前提下，即Fe 93.08%、C 0.56%、Cr 1.42%、W 2.21 %、Mo 0.95 %、Mn 0.34%、V 0.53%含量保持不变，当Si、Ni含量发生改变时，利用电子层次量子化学程序计算电子结构数据，结合原子间相互作用对势，计算基体马氏体晶胞结合能，在计算偏聚结构晶胞结合能的基础上，选择偏聚晶胞组合处理方法，研究Si、Ni、C的变化对Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基体原子间的结合能的影响，利用相平衡热力学方法研究组织结构，同时进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算等，最终确定非碳化物形成元素合金含量。

Claims

1.一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，其特征在于，该合金钢是利用量子化学程序结合原子间相互作用势，计算基体马氏体晶胞结合能，进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，韧性估计，非碳化物形成元素合金成分来确定的；其合金钢质量分数的成分为：Fe 93.08%，C 0.56%，Cr 1.42%，W 2.21 %，Mo 0.95 %，Mn 0.34%，V 0.53%，Si 0.62%，Ni 0.29%；合金钢淬火硬度随淬火加热温度升高而升高的曲线分三段，910℃～980℃中段淬火，淬火硬度升高随淬火温度上升的趋势减缓；较高的温度淬火后，回火出现低温和高温两个回火沉淀硬化区，220℃～240℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC54～58；540℃～570℃回火，沉淀硬化的硬度为HRC52～56。

2.根据权利要求1所述的一种Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金钢，其特征在于，所述的合金钢是在计算偏聚结构晶胞结合能的基础上，选择偏聚晶胞组合处理方法，研究Si、Ni、C的变化对Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基体原子间的结合能的影响，利用相平衡热力学方法研究组织结构，同时进行屈服强度的预测，淬回火硬度计算，最终确定非碳化物形成元素合金含量。