模具钢材H13高温扩散和超细化处理

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模具钢材H13高温扩散和超细化处理
模具钢材H13(4Cr5MoSiV1)以其高的淬透性、淬硬性、强韧性和热疲劳抗力在国内外得到广泛的应用，用于制作热挤压模、铝合金压铸模、热锻模、塑料模等，是目前世界范围内使用最广泛的热作模具钢之一。本试验用高温扩散和超细化处理，通过细化组织、消除或减轻共晶碳化物、改善带状偏析等来提高模具钢材H13心部等向性能。
㈠试验材料
试验材料为非真空感应炉(2 t)冶炼+电渣重熔(ESR)生产的H13钢锭，钢锭头部直径135 mm，尾部直径150mm，总长度450mm。化学成分如表1所示。选取2支钢锭进行试验，其中A钢锭经1160℃加热锻造成Φ70mm后，880～760℃等温退火；B钢锭经高温扩散处理，然后经1160℃加热锻造成研Φ70mm试样，超细化处理后880~760℃等温退火。由于A、B钢锭的化学成分基本相同，故对以后
的试验及试验结果的影响可以不予考虑。
㈡试验结果分析
⒈共晶碳化物的溶解
模具钢材H13在铸造过程中碳及合金元素严重偏析，钢锭凝固后期出现共晶碳化物，共晶碳化物一旦形成大块状，并排列成链或堆集成带和网状，会促使模具早期失效。因此消除共晶碳化物对提高模具钢材H13的质量十分重要，可以通过高温长时间扩散处理加以改善或消除。
由扫描电镜分析可知，非高温扩散．超细化的H13模具钢材退火态中主要存在大块状和长条状分布的富钒共晶碳化物，可能是M(V)C型，VC的溶解温度是1100～1150℃，在晶界聚集析出，钼和铬的碳化物基本溶解。本试验淬火温度在1000～1050℃，对于非高温扩散一超细化的H13钢，淬、回火后小颗粒的VC部分溶解，而大颗粒未溶解的碳化物镶嵌在基体之中。这些未溶解碳化物硬而脆，破坏了材料基体的连续性，降低了HI3钢的塑性和韧性。而经高温扩散处理和超细化处理的H13钢材，钼和铬的碳化物完全溶解，均匀细小分布在基体中。退火态中小颗粒M(V)C完全溶解，大块状M(V)C共晶碳化物部分溶解，在后工序处理中细小弥散析出，提高了H13钢材的塑性和韧性。
⒉模具钢材H13的退火组织分析
钢锭冷却时，首先沿液相线结晶的高纯度的初晶周边形成树枝状结晶，在凝固界面上，元素成分浓缩的钢液在树枝间隙形成树枝状偏析。铸态H13模具钢材直接进行锻造后树枝状偏析延伸形成带状偏析，带状偏析是影响H13钢材横向冲击韧性值的主要因素，带状偏析越严重，横向冲击韧性值越低，横纵向冲击功之比越小，等向性越差。白色区域基体由于碳及合金元素含量较高，难于侵蚀，故成白色；黑色区域，碳化物稀少，碳及合金元素含量较低，组织较粗，易被侵蚀，这样就形成了黑白相间的偏析带，造成了力学性能尤其是塑性和韧性的降低。而经过高温扩散处理和超细化处理的H13钢材，带状偏析虽然没有完全消除，但明显得以改善。
退火态组织为由碳化物球化而获得的粒状珠光体，碳化物呈粒状分布在铁素体中。与片状珠光体比较，粒状珠光体的硬度较低，硬度均<235HB，其周围的应力场为球形对称，对基体的损害较小，因而含粒状珠光体的组织比含片状珠光体的组织具有较优越的拉伸性能特别是均匀塑性 。非高温扩散一超细化的H13钢材珠光体颗粒粗大，不够均匀，力学性能偏低；而经过高温扩散处理和超细化处理的H13钢材粒状珠光体均匀细小的分布在铁素体基体中，力学性能明显提高。
⒊模具钢材H13的淬、回火组织分析
由淬、回火态横向金相组织可以看出，非高温扩散-超细化的H13钢材淬、回火态组织分布不均匀，存在共晶碳化物和成分偏析；而经过高温扩散和超细化处理的H13钢材淬、回火组织均匀细小，共晶碳化物基本溶解，成分偏析明显改善。
⒋试样冲击、拉伸试验分析
从模具钢材H13退火及淬、回火态冲击和拉伸性能试验的数据可以看出，退火态非高温扩散-超细化的H13钢横向冲击功较经高温扩散和超细化处理的H13钢稍低，但非高温扩散-超细化的H13钢纵向冲击功高于经高温扩散和超细化处理的H13钢，可能由于带状偏析引起。淬、回火态经高温扩散和超细化处理的H13钢的横向冲击功明显高于非高温扩散和超细化的H13钢，经高温扩散和超细化处理的H13钢纵向冲击功稍高于非高温扩散一超细化的H13钢。非高温扩散一超细化的H13钢退火态心部冲击韧性横纵比仅为47.69％，而经过高温扩散和超细化处理的H13钢退火态心部冲击韧性横纵比为65.85％，较非高温扩散一超细化的H13钢提高38.08％；非高温扩散一超细化的H13钢淬、回火态心部冲击韧性横纵比仅为26.90％，而经过高温扩散和超细化处理的H13钢淬、回火态心部冲击韧性横纵比为55.00％，较非高温扩散一超细化的H13钢提高104.46％；可见高温扩散和超细化处理后组织均匀性的改善和夹杂物形态的变化对提高H13钢材的等向性，特别是横向冲击韧性起到了关键性的作用。H13钢退火态及淬、回火态的拉伸性能可以看出，经高温扩散和超细化处理的H13钢的断后伸长率最高可达28.6％，断面收缩率高达67.0％，塑性指标提高，但是提高很少，其原因尚待深入分析研究。
㈢综述
测试和分析结果表明：非高温扩散-超细化的模具钢材H13(4Cr5MoSiV1)钢材存在大块状的共晶碳化物，带状偏析严重，钢的横向冲击韧性较差；而经过合理的高温扩散和超细化处理的H13钢材，小颗粒共晶碳化物基本消失，大颗粒共晶碳化物部分溶解；带状偏析和组织均匀性明显改善，并且钢材中的碳化物细小、均匀；钢材的横向冲击韧性明显提高。
信息来源:http://www.hongchao-dg.cn  http://www.xinhongmouldsteel.com.cn

hanbin

非常谢谢提供好资料。

jnc_89

好资料，应扩散~让更多的技术人员深入地了解H13