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摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1工模具钢概述 1

1.1.1工模具钢的发展历史及研究现状 1

1.1.2工模具钢的发展趋势 1

1.2工模具钢的组织特点及性能要求 2

1.2.1高速钢的组织特点及性能要求 2

1.2.1.1高速钢的成分及组织特点 2

1.2.2模具钢的组织特点及性能要求 3

1.3工模具钢热处理 4

1.3.1工模具钢传统热处理的种类及作用 4

1.3.2工模具钢退火处理对组织的影响 4

1.3.3工模具钢退火处理对性能的影响 5

1.4工模具钢塑性的影响因素 5

1.5本文的研究意义与内容 6

1.5.1研究意义 6

1.5.2研究内容 7

第二章 试验研究及方法 8

2.1研究路线 8

2.2实验材料及样品制备 9

2.3研究方法 11

2.3.1材料力学性能分析 11

2.3.2材料显微组织分析 12

第三章 快冷条件下等温退火温度对M42高速钢组织和性能的影响 13

3.1等温温度对M42高速钢力学性能的影响 13

3.2等温温度对M42高速钢组织的影响 14

3.2.1 碳化物析出、数量及尺寸分布 14

3.2.2 铁素体晶粒度变化 18

3.3微观组织对力学性能的影响 20

3.4本章小结 21

第四章 冷却速度及退火温度对H13模具钢组织和性能的影响 22

4.1连续冷却条件下冷却速度对H13钢的影响 22

4.1.1冷却速度对H13模具钢硬度的影响 22

4.1.2连续冷却条件下冷却速度对H13钢组织的影响 23

4.2等温温度对H13钢力学性能的影响 27

4.3等温温度对H13钢组织的影响 28

4.3.1碳化物析出尺寸、数量及尺寸分布 28

4.3.2铁素体晶粒度 30

4.4微观组织对力学性能的影响 33

4.5本章小结 33

第五章 结论 35

参考文献 36

致谢 38

工模具钢退火组织与性能调控研究

摘 要

工模具钢广泛应用于制造各种切削工具和精密模具，是现代加工制造业的基础原材料。工模具钢钢丝在生产过程中，产生的加工硬化严重影响后续加工，必须进行规范的退火。退火过程中，碳化物析出的类型、数量、大小及分布对工模具钢钢丝的塑性有很大影响。本文以M42高速钢和H13模具钢为实验对象，研究了快速冷却条件下等温退火温度对钢丝力学性能的影响。通过对组织和力学性能进行分析，得出以下的主要结论： 对于M42高速钢，随着等温退火温度降低、珠光体转变过冷度增大，M42钢丝强度硬度增大，塑性先增加后减小。铁素体晶粒逐渐细化，相变驱动力增大，形核率增大，二次碳化物的数量增多，尺寸变小，趋向于纳米级析出。最优等温退火温度为750℃。

对于H13模具钢，随着冷却速度的提高，铁素体基体的晶粒越来越细，硬度越来越高。在830℃退火时，组织为F M，转变不完全，高强度，高硬度，但塑性较差。随着等温退火温度降低，H13钢丝硬度基本不变，强度增加，塑性增加。铁素体晶粒和二次碳化物尺寸逐渐变小，分布均匀性变差。最优等温退火温度为800℃。

关键字：工模具钢，等温退火，冷却速度，力学性能

Microstructure control and mechanical properties analysis of Tool and die steel during annealing

Abstract

Tool steel is widely used in the manufacture of various cutting tools and precision molds, and is the basic raw material of modern processing and manufacturing industry. During the production process, the work hardening of steel wire and die steel seriously affects the subsequent processing and must be standardized annealing. In the process of annealing, the type, quantity, size and distribution of carbide precipitates have a great influence on the plasticity of tool steel wires. In this paper, the effects of isothermal annealing temperature on mechanical properties of steel wire were investigated using M42 high speed steel and H13 die steel as experimental objects. Through the analysis of the microstructure and mechanical properties, the following main conclusions are obtained：

For M42 high speed steel, the strength and hardness of M42 steel wire increase with the decrease of isothermal annealing temperature, as undercooling of pearlite transition increases. Meanwhile plasticity increases at first and then goes down. The ferrite grain is gradually refined, and the driving power of phase change increases, the nucleation rate increases, the number of secondary carbides increases, the size decreases, and it tends to precipitate at nanometer level. The optimum annealing temperature is 750℃ with the best elongation.

For H13 die steel, with the increase of cooling rate, the grain of ferrite matrix is becoming finer and thinner, and the hardness is higher and higher. When annealed at 830℃, the microstructure is F M, incomplete transformation, high strength, high hardness, but poor plasticity. With the decrease of isothermal annealing temperature, the hardness of H13 steel wire is basically unchanged, and the strength increases, and the plasticity increases. The size of ferrite grains and two carbides decreased gradually, and the uniformity of distribution became worse. The optimum annealing temperature is 800℃.

KEY WORD: Tool and die steel, Isothermal annealing, Cooling rate, Mechanical properties

第一章 绪论

1.1工模具钢概述

工模具钢广泛应用于制造各种切削工具和精密模具，是现代加工制造业的基础原材料。它是工模具制造产业重要的技术基础和物质载体，也是模具材料中最广泛使用的材料，它的品种、规格、质量对于工模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用^[1]。

1.1.1工模具钢的发展历史及研究现状

这些年来，世界上工模具钢的产量、质量、分类、生产工艺等方面都已经获得了可见的发展，同时这也推动了国内对于优质工模具钢的推广和普及，推动了国内工模具的高速及优质化发展^[2]。

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