35CrMo模具钢的相变规律及硬度研究

陈永南，殷延涛，于晓龙

（1莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜 271104；2山钢股份营销总公司，山东济南 250101）

试验研究

35CrMo模具钢的相变规律及硬度研究

陈永南1，殷延涛1，于晓龙2

（1莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜 271104；2山钢股份营销总公司，山东济南 250101）

利用MMS—200热模拟试验机研究了35CrMo模具钢的相变规律，采用热膨胀法及金相法建立了CCT曲线，分析了工艺参数对组织的影响。结果表明，冷却速度＜0.2℃/s时，钢的组织为铁素体＋珠光体；冷速0.2～0.5℃/s时，为贝氏体及少量铁素体＋珠光体；冷速0.5～2℃/s时，为贝氏体；冷速2～7℃/s时，为贝氏体、马氏体混合组织；冷速7～15℃/s时，组织中主要是马氏体及少量的残余奥氏体，随冷速增大，贝氏体减少，马氏体增加，试样的硬度也随之增加。

35CrMo钢；相变规律；CCT曲线；硬度

1 前言

目前，塑料模具材料仍以模具钢为主，模具钢的发展推动了工业产品向多样化、个性化、高附加值的方向发展。我国模具钢已基本形成较完整的钢种体系，并有相应的国家标准［1］。随着塑料制品应用范围扩大，形状趋于大型复杂化，对模具材料的机加工性能、硬度、强度以及对模具成型面的粗糙度和光泽度等提出越来越高的要求［2］。莱钢新建的4300宽厚板生产线及热处理线设备先进，生产能力较强，可以充分发挥设备潜力，扩大生产品种，提高经济效益。本研究对35CrMo模具钢的相变规律及硬度变化情况进行探讨，以期为模具钢板的研究开发提供数据支持。

2 试验方案

为了解在实际生产中轧后不同的冷却速度下钢板中的组织组成及冷却速度对轧后组织的影响规律，采用热模拟的方法对轧制及冷却工艺进行模拟。35CrMo模具钢经过铁水脱硫处理、120 t转炉冶炼、LF钢包精炼、RH真空脱气处理、300 mm厚度板坯连铸、4 300 mm宽厚板粗轧机轧制为120 mm粗轧坯。从粗轧坯上取样，表面经过修磨后加工成Φ10 mm×18 mm的圆柱形试样。钢的化学成分见表1。

表1 35CrMo试验钢化学成分（质量分数）%

在MMS—200热模拟试验机上进行控轧控冷工艺过程的热模拟试验。将试样以20℃/s的速度加热到1 200℃奥氏体化，保温8 min（参考10～20 min），以5℃/s速度冷却到920℃保温1 min，进行压缩变形，变形量为50%（真应变0.69），应变速率1 s-1，变形后等温保持10 s，分别以0.1、0.2、0.4、0.5、0.8、1.0、1.5、2、3、5、7、10、15℃/s的速度冷却到150℃，试验后的试样在金相显微镜下观察显微组织，研究组织演变规律，并测试试样的硬度以及试样在冷却过程中的温度—横应变膨胀曲线。

3 试验结果

3.1 不同冷却速度的金相组织

35CrMo试验钢不同冷却速度下典型的金相组织如图1所示。

3.2 硬度测量方法及结果

热模拟试验后的试样采用热压镶嵌法镶嵌到圆形模型中，在试样心部测两个点，求平均值。为避免测点影响，两点之间相隔一定距离。试验钢不同冷却速度对应的组织及硬度见表2。

表2 35CrMo试验钢不同冷却速度对应的组织及硬度

3.3 CCT曲线

根据膨胀曲线并结合不同冷却速度下的组织，绘制出的35CrMo试验钢动态CCT曲线见图2。

钢的连续冷却转变曲线能够系统反映冷却速度对相转变开始点、相变进行程度和相变所得组织的影响规律，是合理制定热处理工艺的重要依据，也是研究固态相变理论的重要基础。由图2可以看到，相变区域主要为3部分：即高温转变区，其相变产物主要是先共析铁素体和珠光体；中温转变区，其相变产物是贝氏体；低温转变区，其相变产物是针状马氏体。冷却速度为＜0.2℃/s时，生成F＋P组织（见图1a）；冷却速度为0.2～0.5℃/s时，生成B及少量F＋P组织（见图1b、图1c），且随冷却速度增大，F和P逐渐减少，B逐渐增多；冷却速度为0.5～2℃/s时，组织为B和M（见图1d）；冷却速度为2～7℃/s时，随冷却速度增大，B逐渐消失，M逐渐增多（见图1e）；冷却速度为7～15℃/s时，组织中主要是M组织及少量的残余奥氏体（见图1f）。马氏体转变时在晶粒内造成密度很高的晶格缺陷，阻碍位错运动，从而使马氏体强化。马氏体形成还会受到固溶强化和时效强化的影响。因此马氏体具有高硬度和高强度的特点。

图1 不同冷速下35CrMo试验钢的金相组织

图2 35CrMo试验钢动态CCT曲线

4 结论

4.135 CrMo试验钢相变区域主要为3部分：高温转变区—相变产物主要是先共析铁素体和珠光体；中温转变区—相变产物是贝氏体；低温转变区—相变产物是针状马氏体。

4.2冷却速度＜0.2℃/s时，35CrMo试验钢生成铁素体＋珠光体组织；冷却速度0.2～0.5℃/s时，生成贝氏体及少量铁素体＋珠光体，并随冷却速度增大，铁素体＋珠光体逐渐减少，贝氏体逐渐增多；冷却速度0.5～2℃/s时，组织为贝氏体组织；冷却速度2～7℃/s时，生成贝氏体、马氏体混合组织，并随冷却速度增大，贝氏体逐渐减少，马氏体逐渐增多，试样的硬度也随之增加；冷却速度7～15℃/s时，组织中主要是马氏体及少量的残余奥氏体。

［1］倪亚辉，丁义超.常用塑料模具钢的发展现状及应用［J］.塑料工业，2008，36（9）：5-8.

［2］殷志祥，高余顺.塑料模具钢的发展和应用［C］//中国工程塑料加工应用技术研讨会.2002.

Research on the Phase Transformation Law and Hardness of 35CrMo Mould Steel

CHEN Yongnan1,YIN Yantao1,YU Xiaolong2
（1 Laiwu Iron and Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China; 2 The Marketing General Corporation of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

The transformation law of 35CrMo mould steel is studied by means of MMS—200 thermal simulator.The CCT curve is set up and the influencing law of technological parameters on microstructure is analyzed by using thermal expansion method and metallographic method.The test results show that the cooling rate is less than 0.2℃/s,the microstructure of the steel is ferrite and pearlite.The cooling rate is 0.2 to 0.5℃/s,the microstructure is bainite and a small amount of ferrite with pearlite.The cooling rate of 0.5 to 2℃/s,the microstructure is bainite.When the cooling rate is 2-7℃/s,the microstructure is bainite and martensite.The cooling rate is 7 to 15℃/s, the microstructure is mainly martensite and a small amount of residual austenite.The bainite decreases,martensite increases,the hardness of samples increases with the increasing of cooling rate.

35CrMo steel;phase transformation law;CCT curve;hardness

TG142.1

A

1004-4620（2017）01-0036-02

2016-10-20

陈永南，男，1982年生，2006年毕业于西安建筑科技大学材料成型及控制工程专业。现为莱钢集团银山型钢宽厚板事业部安全生产科工程师，从事生产管理工作。