变形及冷速对预硬化塑料模具钢P20组织与性能的影响

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不同冷变形量对合金钢中板显微组织和力学性能的影响

不同冷变形量对合金钢中板显微组织和力学性能的影响合金钢是一种重要的材料，广泛应用于各种领域，如汽车制造、航空航天和建筑结构等。

在制造过程中，材料的冷变形是一种常见的处理方法，可以显著改善合金钢的力学性能和微观结构。

本文将讨论不同冷变形量对合金钢中板的显微组织和力学性能的影响。

首先，我们来了解一下冷变形的概念。

冷变形是指在常温下通过机械或热处理方式对材料进行塑性变形，从而改变材料的形状和性质。

冷变形可以包括冷轧、冷拔和冷挤压等方法。

在这些过程中，材料被加工成板状，因此我们将重点研究冷变形对板材显微组织和力学性能的影响。

首先，冷变形量对合金钢的显微组织有显著影响。

随着冷变形量的增加，合金钢中晶界的细化现象会发生。

这是由于冷变形使得晶界位错增多，从而促使晶界迁移并细化晶粒。

晶界细化能够提高材料的强度和硬度。

此外，冷变形还会引起位错的聚集和堆垛，进一步增强了合金钢的晶界强化效应。

因此，冷变形量的增加可以显著改善合金钢的显微组织，使其具有更好的力学性能。

其次，冷变形量对合金钢的力学性能也有重要影响。

研究表明，随着冷变形量的增加，合金钢的强度和硬度逐渐增加。

这是由于冷变形引起了晶界的细化和位错的聚集，从而增强了材料的晶界强化效应和位错固溶强化效应。

此外，冷变形还会增加有序化相的形成，进一步提高合金钢的强度。

然而，当冷变形量超过一定范围时，强度和硬度的增加趋势将会减缓。

这是由于过大的冷变形量会导致晶粒的较大变形和断裂，从而降低材料的韧性和延展性。

因此，在合金钢的冷变形过程中需要选取适当的变形量来平衡强度与韧性的要求。

此外，冷变形量对合金钢的断裂韧性也有一定的影响。

一般来说，随着冷变形量的增加，合金钢的断裂韧性呈下降趋势。

这是由于冷变形会导致晶界的细化和位错的聚集，进而导致材料的断裂路径从韧性断裂转变为脆性断裂。

因此，在合金钢的冷变形过程中需要在强化材料的同时保持其较高的断裂韧性，可以通过合理控制冷变形量和采取适当的热处理方式来实现。

P20塑料模具钢淬火及回火组织性能的研究

《热加工工艺》 2010 年第 39 卷第 06 期
119
材料热处理技术 Material & Heat Treatment
2010 年 3 月
1 实验材料与方法
试验所用 P20 塑料模具钢主要化学成分 (质量分数，% ) 为：0.28 ～0.40C，0.20 ～0.80Si，0.60 ～ 1.00Mn，1.40～2.00Cr，0.30～0.55Mo。实验前把试料加工成 15 mm ×15 mm ×15 mm，取 25 块分五组，同一组在相同的温度下淬火，每组分别进行不同温度 (800、830、860、890 和 920 ℃)保温 30 min 的淬火，淬火后进行微观组织观察和硬度的测定。对经相同温度淬火的同一组试样分别进行不同温度(530、560、 590、620 和 650 ℃)保温 1 h 空冷的回火。回火后进行微观组织观察和硬度的测定。金相试样采用金刚石抛光膏手动抛光，最后采用 4%硝酸乙醇溶液腐蚀抛光面。观察微观组织所用金相显微镜为 Olympus BX51，扫描电子显微镜为 JSM-5610LV，使用 TH300 洛氏硬度计进行洛氏硬度的测试，采用金
是当前国内外应用最为广泛的塑料模具钢，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[2]。 P20 模具钢是一种预硬型塑料模具钢，在制造模具时，为避免热处理过程中模具发生变形和产生裂纹，制模前要求对其进行预硬化处理，其预硬化硬度通常为 28～35 HRC，在该范围内 P20 模具钢具有较好的机械加工性能[3]。本文为了提高 P20 塑料模具钢的预硬化质量，研究了 P20 钢的淬火及回火组织，测定了其淬火及回火硬度，并对其预硬化工艺进行了优选。

经济型P20塑料模具钢的组织与硬度研究

～
具行业的发展也十分迅速，直接导致对塑料模具这钢的需求量越来越大为了满足塑料制品的发川。展要求，内先后引进、发了不少塑料模具用钢，国开
收稿日期：０００－２２１ — １２
２０Ｈ该系列钢淬透性差，于较大厚度钢板，２Ｂ；对
要：设计了一种经济型Ｊ２Ｐ０塑料模具钢。试验结果表明，热轧生产线上，过控制冷却速度实现了在通
２５０～０ｍｍ厚度钢板的在线预硬化；轧板组织为珠光体加少量晶界铁素体，度为２０～３０热硬８３Ｈ达到了Ｐ０塑料模具钢的预硬化硬度水平。Ｊ２Ｂ，２Ｐ０钢热轧板在一定的厚度范围内可替代Ｐ０２
硬度不均匀，能较差。一类为Ｐ０，般通性另２钢一
作者简介：斯松华（９６）男，１６一，安徽太湖人，教授，主要从事先进钢铁材料及激光表面改性的研究工作，已发表论文４０余篇。联系电话：５５２１６５Ｅｍｉ：ｉｎｈａｈｔｅｕｃ０５－３１， — ａｓｏｇｕ＠ａｕ．ｄ．ｎ１ｌｓ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ｌｓｉｉｔｅ；ｐｅａｄｎｎｐａｔｄｅｓｅｌｒｈｒｅｉｇ；ｃｎｒｌｄｃｏｉｃｏｔｏｌｏｌｅｎｇ
近年来，随着我国塑料工业的高速发展，塑料模

P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究

P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究张兴锦，陈永南, 黄少文，吴会亮(莱钢宽厚板事业部, 山东莱芜 271100)摘要：应用金相显微镜、扫描电镜和维氏硬度计对P20塑料模具钢进行了显微组织观察和硬度测定。

研究了不同预硬化热处理工艺参数（淬火温度、淬火介质、回火温度）下得到的组织及其硬度变化规律。

结果表明：随着回火温度升高，水淬和空淬钢组织中板条马氏体和贝氏体逐渐减少，铁素体增加并长大，碳化物增多，硬度逐渐降低，300~500nm宽度的板条结构、板条间的薄片状M/A组元，铁素体中较高的位错密度以及细小碳化物保证了水淬钢在620℃回火时具有较高的硬度，最终得出了使该钢达到最佳预硬化效果的工艺参数。

关键词：塑料模具钢，P20，热处理，显微组织Research of P20 pre-hardened plastic mold steel heat treatment processZHANG Xingjin, CHEN Yongnan , HUANG Shaowen,WU Huiliang(Heavy Plate Division of Laiwu Steel Group, Laiwu, Shandong, China 271100) Abstract:Key words: Plastic mold steel,P20,Heat Treatment, Microstructure1 引言P20钢是模具工业中用量最大的一种典型的经预硬化处理的模具钢，用该钢制造模具，在预硬态下经冷加工制成模具后可以直接使用，不需再进行淬火、回火处理，防止了热处理所造成的变形、开裂、脱碳等缺陷[1]，广泛用于制造长寿命的、形状复杂、要求尺寸精度高的大、中型塑料注射成型模或挤压成型模。

本文通过对P20钢在不同预硬化热处理工艺参数下的组织和硬度的研究，为工业化的生产提供了理论依据。

2 实验材料及方法实验材料为转炉冶炼P20铸坯，铸坯厚度为300mm，加热至1200℃，保温2h后，在双机架四辊可逆轧机轧上通过两阶段轧制轧成80mm厚度钢板。

05节-2 常用模具钢料之P20篇(预硬塑料模具钢)

第五节常用模具钢料特性与用途二、P20类（预硬塑料模具钢）：国标钢号：3Cr2Mo。

1.参考成分(%)：C：0.28-0.40；Si：0.20-0.80；Mn：0.60-1.00；Cr：1.40-2.00；Mo：0.30-0.55；Ni：≤0.25；2.P20钢料的特性等级：耐磨性★★☆☆☆；韧性★★☆☆☆；加工性★★★☆☆；抛光性★☆☆☆☆；抗蚀性★☆☆☆☆3.P20钢料的描述：P20料硬度高，硬度均匀；韧性好，抗拉性强，加工性能良好，易切削，抛光和电蚀；心部具有较好韧性；但是不耐腐蚀，耐磨性差。

适宜电火花加工。

用于一般制造大型塑胶模具及用作塑胶模模架。

4.热处理条件：●出厂前已先经过淬火及回火处理，淬硬溫度846-860℃，油冷、860-880℃空冷，回火次数2；出厂硬度为280-325 HB(约28~33 HRC)普通P-20及330~370 HB(约33~38 HRC)高硬度P-20H两种。

◎锻造温度：1050-850℃；◎退火温度：因P20是预硬钢，若要淬火，必须做退火。

步骤：720-740℃保溫后，以10-20㎜/hr 冷至600℃，然后空冷，退火后硬度为HB235；●消除应力温度：650-675℃，隨炉冷卻至500℃；冷却介质：油，分级(180-220℃)。

5.P20加工注意事项：●一般来说，P20料在钢材出厂前均经过预硬处理，都不再宜于淬火处理。

P20料淬火容易爆裂;●可能进行表面氮化处理与火焰硬化处理，以增进模具之表面硬度及耐磨性。

氮化的要求为表面0.1mm，硬度达HRC65---68。

氮化（气氮）工艺：温度/硬度时长/氮化层厚度525℃/650HV 20hr/0.30 mm 30hr/0.35 mm 60hr/0.50 mm570℃/700HV 2hr/0.01mm －－●当P20材料最小尺寸大于300mm时，如果在加工过程中存在大量WC（线切割）或EDM（火花放电）加工工序时，在EDM或WC加工完成后，必须再做一次回火。

阐述P20钢的特性及应用范围

阐述P20钢的特性及应用范围P20钢是一种优质的模具钢，具有出色的机械性能和加工性能，被广泛应用于模具制造领域。

以下将从以下几个方面来阐述P20钢的特性及应用范围。

首先，P20钢具有优异的机械性能。

它具有高强度、良好的硬度和均匀性，可提供出色的抗拉、抗弯和抗压性能。

此外，它还具有良好的韧性，不易断裂，有助于提高模具的寿命和使用性能。

其次，P20钢具有较高的切削加工性能。

它的切削性好，可以通过切削、锻造、热处理和机加工等方法进行加工，并且能够保持较好的尺寸稳定性和表面质量。

第三，P20钢具有良好的热处理性能和变形稳定性。

它可以通过正火（860-880冷却）或淬火（840-870冷却）获得不同的硬度和强度。

其中，通过正火处理可以提高模具的韧性和韧性，使其适用于塑料模具的制造；通过淬火处理可以提高模具的硬度和耐磨性，使其适用于压铸模具、精密模具和冲压模具等。

最后，P20钢具有良好的耐腐蚀性能。

它具有较高的耐腐蚀性，可以在潮湿和腐蚀性环境中长时间使用而不受影响。

基于上述特性，P20钢在模具制造领域有广泛的应用范围。

首先，它被广泛应用于塑料模具的制造。

塑料模具通常需要具有良好的耐磨性、韧性和尺寸稳定性，而P20钢正好具备这些特点，因此成为塑料模具的首选材料。

例如，塑料注塑模具、挤压模具和吹塑模具等都可以采用P20钢来制造。

其次，P20钢也适用于压铸模具的制造。

压铸模具通常需要具有较高的强度、硬度和耐磨性，以应对高温和高压的工作环境。

由于P20钢可以通过淬火处理来提高硬度和耐磨性，因此非常适合用于压铸模具的制造。

另外，P20钢也可以应用于精密模具和冲压模具。

精密模具通常需要具有较高的尺寸稳定性和表面质量，而P20钢的切削性能和热处理性能可以满足这些要求。

冲压模具则需要具备较高的硬度和耐磨性，以应对高频率的冲击和摩擦，而P20钢的淬火处理能够提供这些性能。

综上所述，P20钢是一种具有出色机械性能和加工性能的模具钢，广泛应用于塑料模具、压铸模具、精密模具和冲压模具等领域。

P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究

ｗａｔｅｒｑｕｅｎｃｈｅｄｓｔｅｅｌｔｅｍｐｅｒｅｄｉｎ６２０℃ ．ａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｎｓｕｒｉｎｇａｎｏｐｔｉｍｕｍｐｒｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅ
ｎｅｓｓｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏபைடு நூலகம்ｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅ — ｈａｒｄｅｎｉｎｇｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
ＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＰ２０ＰｌａｓｔｉｃＭｏｕｌｄＳｔｅｅｌ
ＺｈａｎｇＸｉｎｇｊｉｎ，ＷｕＨｕｉｌｉａｎｇ，ＣｈｅｎＹｏｎｇｎａｎａｎｄＺｈａｎｇＺｈａｏｐｉｎｇ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｑｕｅｎｃｈｉｎｇｍｅｄｉｕｍ，ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌａｔｈｍａｒｔｅｎｓｉｔｅａｎｄｂａｉｎｉｔｅｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏ — ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｔｅｒｑｕｅｎｃｈｅｄａｎｄａｉｒｑｕｅｎｃｈｅｄｓｔｅｅｌｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｆｅｒ —

3.2冷变形加工对金属组织和性能的影响

纵向的强度和塑性明显高于横向。
冷变形对金属组织的影响.1
纤维组织示意图（scheme of fibrous tissue）
2.亚结构的碎化(fragmentation of substructure) 随变形量的增加，晶粒碎化成许多位向略有差异的亚晶粒。
冷变形对金属组织的影响.2
3、变形织构（deformation texture）变形70％～90％后，金属晶图示制耳现象。
3.2 冷变形加工对金属组织和性能的影响 (Effect of cold deformation on microstructure
and properties of metals)
一、冷变形加工对金属组织的影响
1、显微组织的变化
随金属外形被拉长（压扁），晶粒也被拉长（压扁）。当变形量很大时，晶粒被拉长呈纤维状，晶界模糊不清，形成纤维组织。
图3-15 低碳钢的加工硬化 Fig.3.15 Work hardening of low carbon steel
三、产生残余应力
(Occurrence of residual stresses )
变形外力去除后，残留在金属内部且平衡于金属内部的应力，由于内部变形不均匀引起。第一类宏观内应力，表面和心部变形不均；第二类微观内应力，晶粒之间或晶粒内部变形不均匀；第三类晶格畸变内应力，位错、空位等引起晶格畸变造成，占总应力的90％以上。
二、冷变形对金属性能的影响--产生加工硬化
加工硬化（work hardening）:金属塑性变形的过程中，随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，塑性、韧性降低的现象。见图3-15。
原因：一是随变形量增加，位错密度增加，变形抗力增加；二是晶粒变形、破碎，亚晶界阻止位错的运动，使强度和硬度提高。

经济型P20塑料模具钢的组织与硬度研究

~试验研究~经济型P20塑料模具钢的组织与硬度研究斯松华1,王锐1,张逖2,王娜1(1.安徽工业大学材料科学与工程学院,安徽马鞍山243002;2.南京钢铁股份有限公司,江苏南京210035)摘要:设计了一种经济型JP20塑料模具钢。

试验结果表明,在热轧生产线上,通过控制冷却速度实现了20~50mm厚度钢板的在线预硬化;热轧板组织为珠光体加少量晶界铁素体,硬度为280~330H B,达到了P20塑料模具钢的预硬化硬度水平。

JP20钢热轧板在一定的厚度范围内可替代P20钢用于制作塑料模具。

关键词:塑料模具钢;预硬化;控制冷却中图分类号::TG142.1 文献标识码:A 文章编号:1008 1690(2010)05 0031 004 M icrostructure and H ardness of Econo m ica l P20Plasti c D ie SteelSI Song hua1,WANG Ru i1,Z HANG T i2,WANG Na1(1.School ofM ateria ls Science and Eng i n eering,AnhuiUn i v ersity of Techno l o gy,M a anshan243002,Anhu;i2.N anji n g Iron and Steel Co.,Ltd.,Nan ji n g210035,Jiangsu)Abst ract:An econo m ica l p l a stic d ie stee,l that is J P20steel,has been desi g ned.The experi m ental resu lts show t h at the20to50mm th ick p latesm ay be on line prehardened by controlli n g coo li n g rate in a ho t ro lling production li n e;the m icrostructures o f hot rolled plates cosist of pearlite and a s m all a m ount of i n ter g ranular ferrite,and their hardnesses are280~330HB,reach i n g the sa m e har dness leve l as that o f prehardened P20p lastic die stee.l The hot r o lled plates of JP20stee l can rep lace P20steel p lates as p l a stic die in the fi x ed th ickness range.K ey w ords:p lastic die stee;l preharden i n g;controlled coo li n g近年来,随着我国塑料工业的高速发展,塑料模具行业的发展也十分迅速,这直接导致对塑料模具钢的需求量越来越大[1]。

合金工具钢的冷却速度对显微组织和力学性能的影响

合金工具钢的冷却速度对显微组织和力学性能的影响合金工具钢是一种重要的材料，广泛应用于制造业领域，特别是用于制造各种切削工具和模具。

其显微组织和力学性能对产品的质量和使用寿命有着重要的影响。

而冷却速度作为工艺参数之一，在热处理过程中对合金工具钢的组织和性能具有不可忽视的影响。

冷却速度是指材料从高温状态冷却到室温的速率。

合金工具钢的冷却速度对其显微组织和力学性能产生较大影响，主要表现在以下几个方面。

首先，冷却速度对合金工具钢的晶粒尺寸和组织成分分布有着明显的影响。

在快速冷却过程中，可以有效地抑制相变和晶粒长大，使得合金工具钢的显微组织变得细小、均匀。

相比之下，慢速冷却会导致晶粒长大，组织成分分布不均匀。

细小均匀的晶粒可以提高合金工具钢的硬度和韧性，使其具有更好的耐磨性和抗冲击性。

其次，冷却速度对合金工具钢的相组成和相形貌有着显著影响。

不同的冷却速度会导致合金工具钢中的相发生改变。

以钢中最常见的碳化物为例，快速冷却可以使其形成细小的分散碳化物，提高合金工具钢的硬度和韧性。

而慢速冷却则会使碳化物聚集成较大的颗粒，影响合金工具钢的力学性能。

此外，冷却速度还对合金工具钢的残余应力和变形有影响。

快速冷却会产生较大的冷却应力，容易引起合金工具钢的裂纹和失真。

慢速冷却则可以减小残余应力和变形的发生。

因此，在实际应用中，需要对冷却速度进行合理控制，以避免冷却引起的问题。

最后，冷却速度对合金工具钢的淬火效果和硬化能力也有直接影响。

淬火是一种常用的热处理工艺，通过快速冷却来改善合金工具钢的硬度和强度。

合适的冷却速度可以使合金工具钢中的奥氏体转变为马氏体，从而提高硬度。

然而，过快或过慢的冷却速度都会影响淬火效果，导致硬度的下降或者变形的发生。

综上所述，合金工具钢的冷却速度对显微组织和力学性能有着重要的影响。

快速冷却可以使显微组织细小均匀，提高硬度和韧性；而慢速冷却则会导致晶粒长大，影响力学性能。

冷却速度还会影响合金工具钢的相组成和形貌，以及残余应力和变形的发生。

冷塑性变形对金属性能与组织的影响

冷塑性变形对金属性能与组织的影响发表时间：2020-11-05T09:29:52.347Z 来源：《科学与技术》2020年第19期作者：陈文凤[导读] 金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化陈文凤江苏联合职业技术学院无锡机电分院214028［摘要］金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

［关键词］冷塑性变形；金属性能；影响金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

一、形成纤维组织，性能趋于各向异性金属塑性变形时，在外形变化的同时，晶粒的形状也发生变化。

通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长，如图1所示。

当变形程度很大时，晶粒形状变化也很大，晶粒被拉成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织，使金属的力学性能具有明显的方向性。

例如纵向（沿纤维组织方向）的强度和塑性比横向（垂直于纤维组织方向）高得多。

图1冷塑性变形后的组织二、产生冷变形强化冷塑性变形除了使晶粒外形变化外，还会使晶粒内部的亚晶粒尺寸碎化，位错密度增加，晶格畸变加剧，因而增加了滑移阻力，这就是冷塑性变形对金属造成形变强化，也称加工硬化的主要原因。

即随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。

形变强化在生产中具有很重要的意义。

如图2所示为纯铜和低碳钢的强度和塑性随变形程度增加而变化的情况。

图2 纯铜和低碳钢的冷轧变形度对力学性能的影响实线——冷轧的纯铜虚线——冷轧的低碳钢．形变强化可以提高金属的强度，是强化金属的重要手段，尤其对于那些不能用热处理强化的金属材料显得更为重要。

形变强化也是工件能变织构很难消除。

生产中为避免织构产生，常将零件的较大变形量分为几次变形来完成，并进行。

变形及冷速对预硬化塑料模具钢P20组织与性能的影响

图 2 不同变形条件下 P20 钢的 CCT 曲线 F ig 2 CCT cu rves o f P20 steel at d ifferen t defor m ation conditions
当冷速为 1
/ s( 图 3( c) ), 组织以马氏体为主, 有少 / s( 图 3( d~ e) ), 组
104 钢不同冷速下的洛氏硬度, 进而得到 P20 钢变形后直接冷却的组织性能特征。
第 36 卷
发生铁素体转变, 铁素体转变温度范围扩大为 613~ 683 , 主要发生贝氏体转变 , 贝氏体转变温度范围推迟到 320~ 480 。当冷速介于 0 5~ 1 /s , 奥氏体转变为贝氏体和马氏体。当冷速大于 2 / s, 以马氏体转变为主 , 马氏体相变点 M s为 355 。通过对比分析不同变形量条件下的 CCT 曲线可知 , 增大奥氏体区变形量促进了铁素体转变, 而抑制了贝氏体转变 , 对马氏体转变影响不大。这是因为在奥氏体低温区变形 , 奥氏体再结晶受到抑制 , 奥氏体内部位错密度显著升高, 变形储能增加 , 增大了相变驱动力 ; 另外奥氏体内部的高密度位错, 也为铁素体提供了大量形核位置, 从而促进了铁素体转变。尽管塑性变形增加了形核点, 但变形奥氏体中形成变形带和亚结构, 由于变形后快冷, 在相变前被保留下来, 因而造成奥氏体机械稳定化 , 相变过程中阻碍贝氏体板条的长大, 从而抑制了贝氏体转变。 2 2 冷却速度对 P20 钢显微组织的影响图 3 为变形 20 % 条件下的显微组织, 组织呈现一定的带状特征。当冷速为 0 2 / s(图 3( a) ) , 组织为粒状贝氏体和少量多边形铁素体。当冷速为 0 5 /s ( 图 3( b ) ), 组织为羽毛状上贝氏体及少量马氏体。

冷热变形对金属组织和性能的影响

组织变化
性能变化
冷变形
晶粒沿变形方向伸长，形成冷加工纤维组织；晶粒破碎，形趋于各向异性；强成亚结构；位错密度增加；晶度提高，塑性下降，粒位向趋于一致，形成形变织造成加工硬化。构。焊合铸造组织中存在的气孔，缩松等缺陷；击碎铸造柱状晶粒、粗大枝晶及碳化物，偏析减少，晶粒细化夹杂物沿变形方向伸长，形成流线组织，缓慢冷却可形成带状组织力学性能提高；密度提高；趋于各向异性，沿流线方向力学性能提高
晶体的滑移过程，实质上是位错的移动和增殖的过程。由于在这个过程中位错的交互作用，位错反应和相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错难以越过这些障碍。要使金属继续变形，就需要不断增加外力，便产生了加工硬化。
图4-2 刃型位错运动造成晶体滑移变形的示意
图4-3 螺型位错运动造成晶体滑移变形的示意
热轧对晶粒组织的影响
图4-12 钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意
低碳钢热加工后的流线
吊钩中的流线分布
（左）正确（右）不正确
FWP-7甲发动机Ⅴ级盘970℃(常规)锻后空冷的低倍流线
（4）破碎改善碳化物和非金属夹杂在钢中分布
高速钢、高铬钢、高碳工具钢等，其内部含有大量的碳化物。通过锻造或轧制，可使这些碳化物被打碎、并均匀分布，从而改善了它们对金属基体的削弱作用。
（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织
多晶铜拉伸后，各个晶粒滑移带的光学显微镜照片。铜是 FCC晶体，滑移系是 {111}/<110>，有12种组合。由图看出，每个晶粒有两个以上的滑移面产生了滑移。由于晶粒取向不同，滑移带的方向也不同。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带,x173倍(采自C.Brady,美国国家标准局)

冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响

目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要：工业上使用的大部分金属制品，是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。

由于压力加工中，可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸，而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。

因此，本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化，可改进金属加工工艺，提高质量，合理使用金属。

关键字：冷加工、热加工、组织、性能绪论：本文根据金属学及热处理，材料成型与控制技术，塑性变形与轧制原理等教材，综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。

主要通过三个方面：冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响，分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律，以及提高金属材料性能，充分发挥材料潜力的途径。

1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形（如冷轧、拉拔和冷冲等）后的金属，由于组织结构的特征表现为加工硬化，随着变形程度的增加，加工硬化现象也将更加显著，其性能也将相应的发生变化。

1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图1-1所示。

图1-1 冷轧前后晶粒形状变化a-变形前的退火状态组织b-变形后的冷轧变形组织在晶粒被拉长的同时，京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。

P20化学成分丨P20力学性能

一、P20模具钢材质简介：
P20模具钢是一种模具焊材的型号，最早的是P20，紧接着P20H，P20Ni相继问世。 P20钢材适用于制作塑料模和压铸低熔点金属的模具材料。此钢具有良好的可切削性及镜面研磨性能。
中文名：P20模具钢，美国牌号：P20，中国牌号：3cr2mo，执行标准：AISI-P20 GS-2311 ASSAB-618
四、P20模具钢用途：
1.适用于电视机前壳、电话机、饮水机、吸尘器等塑料模及模架。
2.热塑பைடு நூலகம்塑胶注塑模具，挤压模具。
3.热塑性塑料吹塑模具。
4.重载模具主要部件。
5.冷结构制件。
6.常用于制造电视机壳，洗衣机，冰箱内壳，水桶等。
二、P20模具钢化学成分：
碳 C
锰 Mn
铬Cr
钼Mo
硫S
0.38
1.30
1.85
0.40
0.008
三、P20模具钢特性：
1.硬度均匀，具有良好的抛光性能及光蚀刻花性能，加工性能佳
2.真空脱气精炼处理钢质纯净，适合要求抛光或蚀纹加工塑胶模
3.预硬状态供货，无需再热处理可直接用于模具加工，缩短工期
4.经锻轧制加工，组织致密，100%超声波检验，无气孔，针眼缺陷。

金属塑性变形对组织和性能的影响

金属塑性变形对组织和性能的影响（一）变形程度的影响塑性变形程度的大小对金属组织和性能有较大的影响。

变形程度过小，不能起到细化晶粒提高金属力学性能的目的；变形程度过大，不仅不会使力学性能再增高，还会出现纤维组织，增加金属的各向异性，当超过金属允许的变形极限时，将会出现开裂等缺陷。

对不同的塑性成形加工工艺，可用不同的参数表示其变形程度。

锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。

拔长：Y锻=S0/S（S0、S分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）；镦粗：Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。

碳素结构钢的锻造比在2~3范围选取，合金结构钢的锻造比在3~4范围选取，高合金工具钢（例如高速钢）组织中有大块碳化物，需要较大锻造比（Y锻=5~12），采用交叉锻，才能使钢中的碳化物分散细化。

以钢材为坯料锻造时，因材料轧制时组织和力学性能已经得到改善，锻造比一般取1.1~1.3即可。

表示变形程度的技术参数：相对弯曲半径（r/t）、拉深系数（m）、翻边系数（k）等。

挤压成形时则用挤压断面缩减率（εp）等参数表示变形程度。

（二）纤维组织的利用纤维组织：在金属铸锭组织中的不溶于金属基体的夹杂物（如FeS等），随金属晶粒的变形方向被拉长或压扁呈纤维状。

当金属再结晶时，被压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒，而夹杂物无再结晶能力，仍然以纤维状保留下来，形成纤维组织。

纤维组织形成后，不能用热处理方法消除，只能通过锻造方法使金属在不同方向变形，才能改变纤维的方向和分布。

纤维组织的存在对金属的力学性能，特别是冲击韧度有一定影响，在设计和制造零件时，应注意以下两点：（1）零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，切应力方向与纤维方向垂直。

（2）纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合，而不被切断。

例如，锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力；曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂(三）冷变形与热变形通常将塑性变形分为冷变形和热变形。

冷加工对钢材性能的影响

冷加工对钢材性能的影响
在常温下加工叫冷加工，冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑性变形，产生很大塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点，同时降低塑性和韧性。

例如图2-7最下面一条线是一次拉伸试验时的应力一应变曲线，若到达图中的B点卸荷后，曲线将循B 下降到C点，重新加荷，曲线将循CBD进行，这相当于将原点0移至C点，结果是减小了钢的变形能力，亦即降低了钢的塑性性能，这个过程称为冷加工硬化或应变硬化。

在钢结构中由于对钢材的塑性和韧性要求较高，因此一般不利用这现象以提高钢材的属服点。

把微弯的杆调直，如应变不超出屈服平台，则不提高属服强度，材料的延性也下降不多。

但剪切和冲孔使钢材产生严重的塑性变形，以致剪断的边缘和冲成的孔壁严重硬化，甚至出现裂纹。

对比较重要的结构，剪断处需要刨边，如重级工作制吊车梁截面的剪切边，冲孔则用较小的冲头，冲完再行扩钻。

把钢板或其局部弯成圆柱面，在提高强度的同时也使塑性下降，常需用热处理方法来消除冷加工硬化的不利影响。

但在冷弯薄壁型钢结构中，允许利用钢板冷弯成型时转角处钢材届服点的提高。

如加荷到应变硬化阶段卸载后隔一定时间，再重新加载，钢材的强度将继续有所提高，如图2-7所示。

实验3.金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响[整理]

实验3. 金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响一、实验概述金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。

在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。

(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。

冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。

金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。

当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。

同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。

图6-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。

图6-1 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。

此外，在金属内部还产生残余应力。

一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。

(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。

但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。

若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。

1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。

此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。

但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。