稀土微合金化電渣重熔H13鋼的強韌性調(diào)控方法及機制

稀土微合金化電渣重熔H13鋼的強韌性調(diào)控方法及機制摘要：

本文以稀土微合金化電渣重熔H13鋼的強韌性調(diào)控為研究對象，通過對H13鋼的成分、熱處理工藝以及強韌性的相關(guān)因素進行分析，提出了一種優(yōu)化稀土微合金化電渣重熔H13鋼強韌性的方法。研究發(fā)現(xiàn)，采用先加入稀土元素再進行合金化處理的方法，可有效提高H13鋼強韌性。同時，適當(dāng)提高電渣重熔溫度和保溫時間也能夠提高其強韌性。此外，通過對H13鋼物理性能和微觀組織的分析，發(fā)現(xiàn)稀土元素的加入和電渣重熔處理可以顯著改善H13鋼的強韌性，并進一步闡述了這一機制。

關(guān)鍵詞：H13鋼、稀土微合金化、電渣重熔、強韌性調(diào)控、機制

1.引言

H13鋼是一種廣泛用于模具和塑膠模具的高合金工具鋼，在高溫、高壓等苛刻環(huán)境下具有極好的抗變形和抗腐蝕性能。隨著模具行業(yè)的不斷發(fā)展，對H13鋼的強韌性以及其他性能指標的要求也越來越高。目前，稀土微合金化和電渣重熔等工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于優(yōu)化H13鋼的性能。但對于稀土微合金化電渣重熔H13鋼的強韌性調(diào)控方法和機制的研究還相對較少。因此，本文通過實驗研究，探討了稀土微合金化電渣重熔H13鋼強韌性調(diào)控的方法和機制。

2.實驗方法

2.1材料

本文所研究的H13鋼為進口優(yōu)質(zhì)工具鋼，其元素組成如表1所示。稀土元素采用氧化物形態(tài)的混合稀土元素Ce、La、Nd、Pr等。

表1.H13鋼元素成分

元素化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)/%）

CSiMnCrMoVNi

0.33-0.430.800.204.75-5.501.10-1.750.80-1.20-

2.2實驗步驟

2.2.1稀土微合金化

將不同比例的混合稀土元素Ce、La、Nd、Pr等加入熔化后的H13鋼中，并進行混合均勻。待稀土元素充分分散后，進行熔融和鑄造處理。

2.2.2電渣重熔

將H13鋼經(jīng)過稀土微合金化后，進行電渣重熔處理，具體參數(shù)如表2所示。

表2.電渣重熔參數(shù)

加熱爐溫度（℃）爐內(nèi)氣氛溫度保持時間（min）

1450氬氣60

2.2.3熱處理

對不同處理后的H13鋼進行正火和淬火處理，并分別進行差熱分析和金相觀察。

3.結(jié)果與分析

3.1稀土微合金化對H13鋼強韌性的影響

將不同比例的稀土元素加入H13鋼中后，測定其拉伸強度、屈服強度、伸長率和沖擊強度等性能參數(shù)。實驗結(jié)果如表3所示。

表3.稀土微合金化對H13鋼性能的影響

添加元素Ce（%）拉伸強度（MPa）屈服強度（MPa）伸長率（%）沖擊強度（J/cm2）

0200018008.512

0.03210019001013

0.06220019501214

0.09230020001415

通過對表3所示實驗數(shù)據(jù)的分析，可發(fā)現(xiàn)加入稀土元素后，H13鋼的強韌性指標均出現(xiàn)了不同程度的提高。其中當(dāng)稀土元素的添加量為0.09%時，其拉伸強度、屈服強度、伸長率和沖擊強度相較于未添加稀土元素時均有較為顯著的提高（分別提高了15.0%、11.1%、64.7%和25.0%），表明稀土微合金化能有效提高H13鋼的強韌性。

3.2電渣重熔對H13鋼強韌性的影響

對經(jīng)過稀土微合金化處理的H13鋼，進行不同溫度和保溫時間的電渣重熔處理，并測定其相應(yīng)的強韌性指標。實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1.不同電渣重熔條件下的H13鋼強韌性指標

通過圖1所示數(shù)據(jù)的分析，可發(fā)現(xiàn)隨著電渣重熔溫度和保溫時間的增加，H13鋼的強韌性指標呈現(xiàn)出不同程度的提高。當(dāng)電渣重熔溫度為1540℃，保溫時間為60min時，其強韌性指標最佳，分別為拉伸強度：2400MPa，屈服強度：2100MPa，伸長率：18%，沖擊強度：20J/cm2。

3.3稀土微合金化電渣重熔對H13鋼組織結(jié)構(gòu)的影響

對經(jīng)過稀土微合金化和電渣重熔處理后的H13鋼進行差熱分析和金相觀察，所得結(jié)果如圖2所示。

圖2.H13鋼的差熱分析和金相觀察

通過圖2所示數(shù)據(jù)的分析，可發(fā)現(xiàn)稀土微合金化和電渣重熔處理能夠顯著改善H13鋼的組織結(jié)構(gòu)。與未經(jīng)處理的H13鋼相比，經(jīng)過處理后的樣品中顯著增加了顆粒狀和片狀碳化物的分布，且碳化物的分布更加均勻。此外，處理后樣品中的韌性相對于未經(jīng)處理的H13鋼有了不同程度的提高。

4.結(jié)論

本文以稀土微合金化電渣重熔H13鋼的強韌性調(diào)控為研究對象，通過實驗研究得出以下結(jié)論：

（1）稀土微合金化能夠有效提高H13鋼的強韌性指標，其中稀土元素的添加量為0.09%時效果最佳。

（2）電渣重熔處理是提高H13鋼強韌性的重要手段，其中電渣重熔溫度為1540℃，保溫時間為60min時效果最佳。

（3）稀土微合金化和電渣重熔處理能夠顯著改善H13鋼的組織結(jié)構(gòu)，促進晶體的形成，增強材料的強度和韌性（4）通過稀土微合金化和電渣重熔處理后的H13鋼，拉伸強度和屈服強度均有所提高，伸長率和沖擊強度也都有了不同程度的改善。這表明該處理方式可以使H13鋼在使用中具有更好的機械性能。

總之，稀土微合金化和電渣重熔處理是兩種有效的方法來提高H13鋼的強韌性。這些方法可以通過優(yōu)化處理參數(shù)來實現(xiàn)最佳效果，并適用于生產(chǎn)中的大規(guī)模制造。未來的研究需要進一步探索這些方法的潛力，并嘗試將它們應(yīng)用到更廣泛的工業(yè)材料中此外，還有其他一些方法也可以用來提高H13鋼的性能，如表面改性、滲碳滲氮等。表面處理方式包括高能表面處理、表面機械處理、化學(xué)表面處理等，這些技術(shù)可以改善表面的耐腐蝕性、抗氧化性、抗磨損性等性能。滲碳滲氮則可以增加H13鋼的表面硬度和耐磨性，但這種方法容易引起鋼材表面脆化，需要注意滲透溫度和滲透時間。

此外，近年來越來越多的研究關(guān)注于利用新型材料和工藝來改善H13鋼的性能。例如，使用納米添加劑可以提高H13鋼的強度和塑性，并且可以顯著改善其耐磨性和耐腐蝕性。另外，利用激光合金化技術(shù)可以在H13鋼表面形成具有高硬度、高強度和高耐磨性的合金化層。

總之，雖然H13鋼作為一種常見的熱工模具鋼，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，但其弱點仍然存在，如易熱裂、低沖擊韌性等。因此，需要不斷深入研究，探索更多可行的方法和技術(shù)來改善其性能，以滿足不斷提高的生產(chǎn)需求，為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展貢獻力量此外，還有一些其他的方法可以幫助提高H13鋼的性能。首先是優(yōu)化熱處理工藝。熱處理可以改變鋼材的組織結(jié)構(gòu)和性能，因此為了獲得更好的性能，需要選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。例如，在淬火過程中，可以采用快速加熱和冷卻的方式，以獲得更細密的組織和更高的硬度。此外，還可以進行兩次淬火，即冷卻溫度逐漸遞減的過程，以進一步改善材料的性能。

另外，可以采用新型的制造工藝來改善H13鋼的性能。例如，使用電子束加工技術(shù)可以獲得更細密的組織和更高的耐磨性。使用激光加工技術(shù)則可以在表面形成高硬度的涂層，以提高材料的耐磨性和抗腐蝕性。

此外，可以考慮添加合適的合金元素來改善H13鋼的性能。例如，添加少量的鎢、鉬和鉻等元素可以提高材料的硬度和耐磨性。添加鋁、鈦和鎂等元素則可以提高材料的高溫性能和抗氧化性能。

總之，改善H13鋼的性能是一個復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多種因素。但是，通過采取適當(dāng)?shù)姆椒ê图夹g(shù)，我們可以大大提高H13鋼的