摘 要  摘 要P20塑料模具钢是一种预硬化模具钢，价格低廉，并拥有很好的综合性能。本文采用金相显微镜、洛氏硬度计研究了P20塑料模具钢不同热处理后的金相组织，并测定了硬度随淬火温度时间以及回火温度时间的变化。 实验结果表明，P20塑料模具钢应选择不完全退火，最佳退火温度为790℃，在保温小于2h时，加热不够充分，晶粒不够均匀，但保温时间过长时，又会使晶粒变粗大，影响试样的性能。淬火温度低于830℃时，得到的马氏体不完全，其中掺杂了一些上贝氏体，当淬火温度高于860℃时可获得的就是较多的马氏体。当淬火保温时间超过30min后，继续延长淬火时间对组织与硬度几乎没有影响，但在实际应用上应注意避免过烧等极端缺陷的发生。回火时随着保温温度或保温时间的延长，硬度都是单调递减。当回火保温时间2h时，可以获得比较均匀的组织。而回火温度达到530℃时，第二相强化完全消失，当温度到590℃时，板条状组织也全部转变。关键词热处理；P20；组织；硬度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内塑料模具材料发展现状及发展趋势 2
1.2.1 国内塑料模具钢发展现状 2
1.2.2 国内塑料模具材料发展趋势 3
1.3 国外塑料模具材料现状及发展趋势 4
1.3.1 国外发展现状 4
1.3.2 国外塑料模具钢发展趋势 4
1.4 模具钢的分类 5
1.4.1 塑料模具钢 5
1.4.2 热作模具钢 6
1.4.3 冷作模具钢 7
1.5 本文的主要研究内容 9
第二章 实验材料及实验方法 10
2.1 实验材料 10
2.2 实验原理 10
2.3 实验器材 13
2.4 实验步骤 15
第三章 实验结果及讨论 17
3.1 退火对P20塑料模具钢微观组织及硬度的影响 17
3.1.1 退火温度的影响 17
3.1.2 退火保温时间的影响 18
3.2 淬火对P20塑料模具钢微观组织及硬度的影响 19
3.2.1
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淬火温度的影响 19
3.2.2 淬火时间的影响 20
3.3 回火对P20塑料模具钢微观组织及硬度的影响 22
3.3.1 回火温度的影响 22
3.3.1 回火时间的影响 24
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
 第一章 绪论
近年来，中国塑料模具工业迅速发展，市场对塑料模具钢的需求日益增多，特别是P20（中国牌号3Cr2Mo），P20钢组成为0.28％~0.40％的C，0.20％~0.80％的Si，0.60％~1.00％的Mn，1.40％~20％的Cr，0.30％~0.553％Mo，0.03％的S和约0.03％的P，它具有良好的耐磨性、耐蚀性、切削加工性能、抛光性能，主要用于大型、精密、复杂的注塑型塑料模具[1]。在制造模具时，为避免热处理过程中模具发生变形，产品的尺寸厚度应控制在150mm以内，并且制模前要求对其进行预硬化处理，其预硬化硬度通常为2835HRC，在该范围内P20模具钢具有较好的机械加工性能。[2]P20钢块在同一截面中应具有均匀的硬度，最大硬度差为3 HRC。预硬化方式一般都选用调质处理，不同的处理方式对P20的性能影响很大，本文主要研究不同热处理对其性能的影响。
1.1 研究背景及意义
随着塑料制品的迅速发展，模具生产的技术水平已经逐渐成为一个国家的产品制造水平的重要衡量标准。P20就是制造高品质塑料模具的主要原料之一，它是一种预硬型塑料模具钢，预硬化处理后，可直接进行一般用途的模具加工，预硬后的P20生产的模具使用寿命超过50W模次。
一般来说，模具生产出的零件具备高精度、高复杂程度、高生产率和低消耗等特点，同时由于模具生产的最终产品价值通常是模具本身价值的若干倍，所以这种生产方式在工业生产中是个很好的选择。因此P20这类模具钢具有广泛的应用前景， 常用于塑料或低熔点金属的模具制造，特别是在电子、电器、汽车、仪器、仪表和通讯等领域，需求量极大。
很多企业传统上采用淬火和低温回火的工艺来增强P20的强度，但事实上，这种方法生产的模具经常发生断裂，特别是用于大型模具生产时，由于成本较高，断裂会对企业的效益产生很大的影响，近年来很多企业逐渐采用调质或渗氮配合来改善工艺，调质相比于传统工艺可以增强工件的韧性，渗氮由于变形量比淬火小，可以在保证韧性的同时提高工件的硬度。但渗氮的生产周期长，成本高，不适用生产承重的工件，相比之下，调质是企业的最好的选择。
1.2 国内塑料模具材料发展现状及发展趋势
1.2.1 国内塑料模具钢发展现状
我国的模具钢是从上个世纪五十年代开始发展的，随着几代人的努力，我国模具钢的产量已经位于世界前列，同时发展的还有我国独立的模具钢标准，在GB/T12992000《合金工具钢》标准中已经包含了37个钢种，这些钢种构成了我国模具钢系列的基础[3]。目前我国模具用钢应用广泛，除了工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，其中Cr12、Cr12MoV的应用量大面广，但这些模具使用寿命较低，特别是产品结构和应用方面还存在一些问题[4,5]。
塑料模具钢是国内应用最为广泛的钢种，占整个市场的60%，国内所生产的塑料模具钢基本上只有3Cr2Mo （P20）和3Cr2MnNiMo （738）两种，它们的原料大多都是选择的普通碳钢或者40Cr，非常容易就会产生热处理变形，因此在实际生产中都会选择调质处理，这使得在精密产品中，性能和国外的产品天差地别，甚至有些产品的使用寿命是国外的十分之一。在汽车、电器、建筑器材原料的选择上，不仅国外的公司很少会选择国产塑料模具钢，国内的很多企业也愿意选择进口NK80、2738等来自日韩、欧洲的高性能塑料模具钢，每年的进口量可达6万吨[6]。但是，在国内购买欧洲模具钢材，价格上扬30%～40%，严重影响了国内模具的竞争力[7]。
对塑料模具钢的进口主要是指大尺寸模块或模具扁钢，在国内仅有少数几家钢铁企业能生产，进口钢价格虽然高昂但质量优越，这对国内同类产品企业造成了冲击。不过，对于国外进口钢的依赖也促使国内很多企业进行技术革新，总的来说，这些进口钢国内是有一定条件制造的，但性能、质量上还有很多路要走。国内钢厂面临着原料价格高，客户心理价位低，中间利润小，研制周期长工艺难度大等困难。好在近年来，宝钢、攀钢、东北特钢等钢铁企业的塑料模具钢产量和产品性能都在逐渐提升。
我国塑料模具钢面临着很多问题，这些问题亟待解决。
市场方面：

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