氮含量对4Cr13耐蚀塑料模具钢组织和性能影响的实验研究

摘要

模具是工业产品零件成型的“母机专用装备”，我们生活的改善、科技的发展、社会的进步，这些都离不开用模具批量生产制造出来的产品。用于生产塑料制品的塑料模具占模具总量的50％以上，其中某些塑料（如聚氯乙烯、含氟塑料、阻燃性ABS等）在熔融状态下会分解出氯化氢、氟化氢和二氧化硫等腐蚀性气体，对模具型腔有一定的腐蚀作用，故要求模具钢有良好的耐蚀性能。国内耐蚀模具钢常用钢种主要有2Cr13～4Cr13。4Cr13属于马氏体不锈钢，经过热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适宜制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具，还能作为工具钢使用，用来制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。
　　本课题的研究对象是经过真空感应炉和电渣重熔双联工艺制备的不同氮含量的4Cr13MoN塑料模具钢（以下简称自制钢），并与奥地利百禄公司生产的M303塑料模具钢做对比。
　　首先，通过差热分析和Thermo-Calc计算的方法确定了自制钢合适的热处理工艺。
　　其次，考察了自制钢的组织、硬度及拉伸、冲击等力学性能随不同氮含量的变化，详细地研究了氮含量对塑料模具钢组织和性能的影响。研究表明，自制钢比M303有更高的强度和硬度，但塑性低。
　　再次，对M303和不同氮含量自制钢的耐腐蚀性能进行了探索。研究结果表明，含氮量为0.059％和0.110％的2＃和3＃自制钢表现出比M303更优良的耐腐蚀性。
　　最后，利用自动抛光机、激光共聚焦显微镜和粗糙度测量仪对M303和不同氮含量自制钢的抛光性能进行了对比研究。结果表明自制钢的抛光性能明显优于M303，而自制钢种中含氮量为0.059％～0.110％的2＃、3＃、4＃钢抛光性能指数较高。
　　根据对不同氮含量的4Cr13MoN进行各种性能实验研究之后，最后得出了使新钢种综合性能良好所对应的最合适氮含量范围。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 影响塑料模具钢性能的因素

1．3 本课题研究的目的和意义

1．4 本课题主要研究内容

第2章 文献综述

2．1 模具钢概述

2．1．1 塑料模具钢的分类

2．1．2 塑料模具钢的使役条件

2．1．3 对塑料模具钢的基本性能要求

2．2 耐蚀塑料模具钢

2．2．1 耐蚀性及良好的镜面加工性能的模具钢是发展方向

2．2．2 耐蚀塑料模具钢国内外的发展情况

2．2．3 关于百禄公司的相关介绍

2．3 马氏体不锈钢

2．3．1 Cr13型马氏体不锈钢

2．3．2 含氮马氏体不锈钢

2．4 氮元素对塑料模具钢性能的影响

2．4．1 氮元素对力学性能的影响

2．4．2 氮元素对耐腐蚀性能的影响

2．4．3 氮元素对抛光性能的影响

2．5 文献评述

第3章 热处理工艺的制定

3．1 实验用钢介绍

3．1．1 自制钢介绍

3．1．2 M303塑料模具钢介绍

3．2 相变特性研究

3．2．1 差热分析

3．2．2 Thermo-Calc计算相变点

3．2．3 实验及计算结果分析

3．3 热处理工艺的制定

3．3．1 热处理工艺

3．3．2 热处理后的金相组织

3．3．3 金相组织分析

3．4 本章小结

第4章 力学性能研究

4．1 试样硬度测量

4．1．1 试样的制备

4．1．2 实验方法

4．1．3 实验结果与分析

4．2 冲击性能实验

4．2．1 试样的制备

4．2．2 实验结果

4．2．3 实验结果分析

4．3 拉伸性能实验

4．3．1 试样的制备

4．3．2 实验结果

4．3．3 实验结果分析

4．4 本章小结

第5章 耐腐蚀性能研究

5．1 阳极极化曲线特性研究

5．1．1 不锈钢耐点蚀机理及实验方法

5．1．2 试样的制备

5．1．3 阳极极化曲线测定方法

5．1．4 阳极极化曲线测定结果

5．1．5 实验结果分析

5．2 浸泡腐蚀实验研究

5．2．1 试样的制备

5．2．2 实验步骤及方法

5．2．3 实验结果及分析

5．3 盐雾腐蚀实验研究

5．3．1 试样的制备

5．3．2 实验步骤及方法

5．3．3 实验结果及分析

5．4 本章小结

第6章 抛光性能研究

6．1 塑料模具钢抛光性能的影响因素

6．2 试样的制备

6．3 实验方法及结果

6．3．1 激光共聚焦扫描3D表面成像

6．3．2 粗糙度表面测量仪测量Ra

6．4 实验结果分析

6．5 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献