專利名稱：一種Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金鋼，特別是涉及一種!^-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼。
背景技術(shù)：
耐沖擊工具鋼的用途比較廣泛，例如沖頭、鑿子、沖壓膜、剪切刀具和沖擊切削刀片等，既要有高的耐沖擊性和較高的硬度，又要有高的耐磨性和較好的耐熱性。5CrW2Si和 6CrW2Si鋼是典型的耐沖擊工具鋼，但是，在有些應(yīng)用條件下，耐磨性或耐熱性明顯不足， 常常改選為高合金熱作模具鋼代替，而國外的低中合金耐沖擊工具鋼品種很多，為了提高高碳低合金鋼的強度、耐磨性和抗回火性，往往考慮增加其合金含量，使之成為高碳中合金鋼。但是，高碳中合金鋼可能造成碳化物聚集長大，不易細(xì)化，對鋼的強韌性、抗疲勞斷裂等性能有一定的影響，而且，由于提高了淬火溫度，則會造成淬火殘余奧氏體量增多，又需提高回火溫度以促進(jìn)殘余奧氏體分解，反而使硬度下降，影響了中合金鋼的使用性能。國內(nèi)外工模具鋼歷來缺少高碳中合金鋼品種，尤其高碳中合金鋼中Si含量高時，熱加工和熱處理過程中脫碳嚴(yán)重，為了提高高碳中合金鋼性能，設(shè)想降低Si的含量，同時加入附，降低Si的含量，可以降低強度，加入Ni，可以增強強度，合金中Si和Ni的含量多少，將直接影響其機械性能。所以，對于高碳中合金鋼中Si和Ni含量的合理確定，一直是大家關(guān)心的問題。在這樣的背景下，我們設(shè)想研制開發(fā)出適合低溫度淬火、且顯微組織中具有一定數(shù)量、尺寸及分布形態(tài)的細(xì)小碳化物、同時具有較高的硬度和強韌性、以滿足使用性能要求的含低量附、 Si的高碳中合金工模具鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種!^-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼。該合金鋼能在低溫度淬火、顯微組織分布形態(tài)細(xì)小的碳化物、同時具有較高的硬度和強韌性，可滿足使用性能要求的高碳中合金工模具鋼。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種!^e-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，該合金鋼是利用量子化學(xué)程序結(jié)合原子間相互作用勢，計算基體馬氏體晶胞結(jié)合能，進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，韌性估計，非碳化物形成元素合金成分來確定的；其合金鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分為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% ；合金鋼淬火硬度隨淬火加熱溫度升高而升高的曲線分三段，910°C 980°C中段淬火，淬火硬度升高隨淬火溫度上升的趨勢減緩；較高的溫度淬火后，回火出現(xiàn)低溫和高溫兩個回火沉淀硬化區(qū)，220°C 240°C回火，沉淀硬化的硬度為HRCM 58 ；540°C 570°C回火，沉淀硬化的硬度為HRC52 56。所述的一種 ^-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，其所述的合金鋼是在計算偏聚結(jié)構(gòu)晶胞結(jié)合能的基礎(chǔ)上，選擇偏聚晶胞組合處理方法，研究Si、Ni、C的變化對Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基體原子間的結(jié)合能的影響，利用相平衡熱力學(xué)方法研究組織結(jié)構(gòu)，同時進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，最終確定非碳化物形成元素合
金含量。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
本發(fā)明的合理成分設(shè)計，是常規(guī)熱處理工藝下獲得細(xì)小碳化物高硬度強韌性高碳中合金鋼的關(guān)鍵，按照技術(shù)指標(biāo)對機械性能的要求，用理論計算確定、相平衡熱力學(xué)方法及延伸計算，進(jìn)行Ni、Si合金元素含量不同時鋼的全部計算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最終完成合適M、 Si含量多元高碳中合金鋼新產(chǎn)品的成分設(shè)計，滿足使用性能要求的高碳中合金工模具鋼。
具體實施例方式下面結(jié)合實例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明根據(jù)電子、原子層次計算方法計算得到的多元合金鋼中C、Si、M等含量變化對合金結(jié)合能影響結(jié)果，結(jié)合性能目標(biāo)要求，設(shè)計一種能在低溫度淬火、且顯微組織中具有一定數(shù)量、尺寸及分布形態(tài)的細(xì)小碳化物、同時具有較高的硬度和強韌性、以滿足使用性能要求的高碳中合金工模具鋼。在參考以前高碳中合金鋼成分，保持碳化物形成元素合金成分、工藝參數(shù)不變前提下，利用量子化學(xué)程序結(jié)合原子間相互作用勢，計算基體馬氏體晶胞結(jié)合能，進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，韌性估計，非碳化物形成元素合金成分確定。Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，產(chǎn)品成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為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%。該鋼熱處理顯微組織細(xì)化均勻。淬火硬度隨淬火加熱溫度升高而升高的曲線分三段，910°C 980°C中段淬火，淬火硬度升高隨淬火溫度上升的趨勢減緩。較高的溫度淬火后，回火出現(xiàn)低溫和高溫兩個回火沉淀硬化區(qū)，220°C 240°C回火，沉淀硬化的硬度為HR⑶4 58 ； 540°C 570°C回火，沉淀硬化的硬度為HRC52 56。由于Ni、Si屬于非碳化物形成元素，在合金鋼中主要溶于基體。在參考以前高碳中合金鋼成分，保持碳化物形成元素合金成分、工藝參數(shù)不變前提下，即狗93.08%、C 0. 56%,Cr 1.42%、W 2.21 %、Mo 0. 95 %、Mn 0. 34%,V 0. 53% 含量保持不變，當(dāng) Si、Ni 含量發(fā)生改變時，利用電子層次量子化學(xué)程序計算電子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，結(jié)合原子間相互作用對勢，計算基體馬氏體晶胞結(jié)合能，在計算偏聚結(jié)構(gòu)晶胞結(jié)合能的基礎(chǔ)上，選擇偏聚晶胞組合處理方法，研究Si、Ni、C的變化對!^-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基體原子間的結(jié)合能的影響，利用相平衡熱力學(xué)方法研究組織結(jié)構(gòu)，同時進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算等， 最終確定非碳化物形成元素合金含量。
權(quán)利要求
1.一種!^e-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，其特征在于，該合金鋼是利用量子化學(xué)程序結(jié)合原子間相互作用勢，計算基體馬氏體晶胞結(jié)合能，進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，韌性估計，非碳化物形成元素合金成分來確定的；其合金鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分為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% ；合金鋼淬火硬度隨淬火加熱溫度升高而升高的曲線分三段，910°C 980°C中段淬火，淬火硬度升高隨淬火溫度上升的趨勢減緩；較高的溫度淬火后，回火出現(xiàn)低溫和高溫兩個回火沉淀硬化區(qū)，220°C 240°C回火，沉淀硬化的硬度為HRCM 58 ；540°C 570°C 回火，沉淀硬化的硬度為HRC52 56。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種!^e-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，其特征在于， 所述的合金鋼是在計算偏聚結(jié)構(gòu)晶胞結(jié)合能的基礎(chǔ)上，選擇偏聚晶胞組合處理方法，研究 Si、Ni、C的變化對!^-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni多元合金基體原子間的結(jié)合能的影響，利用相平衡熱力學(xué)方法研究組織結(jié)構(gòu)，同時進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，最終確定非碳化物形成元素合金含量。
全文摘要
一種Fe-C-Cr-W-Mo-Mn-V-Si-Ni高碳中合金鋼，涉及一種合金鋼，該合金鋼是利用量子化學(xué)程序結(jié)合原子間相互作用勢，計算基體馬氏體晶胞結(jié)合能，進(jìn)行屈服強度的預(yù)測，淬回火硬度計算，韌性估計，非碳化物形成元素合金成分來確定的；其合金鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分為Fe93.08%，C0.56%，Cr1.42%，W2.21%，Mo0.95%，Mn0.34%，V0.53%，Si0.62%，Ni0.29%；該合金鋼能在低溫度淬火、顯微組織分布形態(tài)細(xì)小的碳化物、同時具有較高的硬度和強韌性，可滿足使用性能要求的高碳中合金工模具鋼。
文檔編號C22C38/46GK102517514SQ201110428509
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者張洋, 戴玉梅, 馬永慶 申請人:沈陽大學(xué)