H13鋼熱處理資料

.序言最近幾年來(lái),隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展,模具鋼的發(fā)展也極為迅速。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和不停出現(xiàn)的新資料,模具的工作條件日趨苛刻,對(duì)模具鋼的性能、質(zhì)量、品種等方面不斷地提出了新的要求,為此,世界各國(guó)最近幾年來(lái)都踴躍開發(fā)了擁有各種特點(diǎn),適應(yīng)不同樣性能要求新式模具鋼。本文介紹了最具代表性的熱作模具鋼H13國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用及其發(fā)展.H13鋼原是美國(guó)的一種鋼種,它是一種應(yīng)用比較廣泛的熱作模具鋼,世界各國(guó)都有應(yīng)用。在我國(guó)一般稱作4Cr5MoSiV1鋼。H13鋼的含鉻量為4.75%～5.50%。一般來(lái)說(shuō),含5%Cr的鋼應(yīng)擁有高韌度,故其含碳量應(yīng)保持在形成少許合金碳化物的水平上。Woodyatt和Krausst指出在870℃的Fe-Cr-C三元相圖上,Hl3鋼的地址在奧氏體和(A+M3C+M7C3)三相區(qū)的交界地址處較好。相應(yīng)的含碳量約0.4%[1]。其他重要的是,保持相對(duì)較低的含碳量是使鋼的Ms點(diǎn)趨于相對(duì)較高的溫度水平(Hl3鋼的Ms點(diǎn)一般資料介紹為340℃左右),使該鋼在淬冷至室溫時(shí)獲取以馬氏體為主加少量節(jié)余奧氏體和殘留平均散布的合金碳化物組織,較低的含碳量經(jīng)回火后獲取平均的回火馬氏體組織,防備使過(guò)多節(jié)余奧氏體在工作溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)變影響工件的工作性能或變形。這些少許節(jié)余奧氏體在淬火今后的兩次或三次回火過(guò)程中應(yīng)可達(dá)到轉(zhuǎn)變完整[2]。趁便指出,H13鋼淬火后獲取的馬氏體組織為板條馬氏體+少許片狀馬氏體+少許節(jié)余奧氏體。眾所周知,鋼中增添碳含量將提升鋼的強(qiáng)度,對(duì)熱作模具鋼而言,會(huì)使高溫強(qiáng)度、熱態(tài)硬度和耐磨損性提升,但會(huì)致使其韌度降低。有學(xué)者在文件[3]中將各種H型鋼的性能比較證了然這個(gè)見解。平時(shí)以為致使鋼塑性和韌度降低的含碳量界限為0.4%。為此要求人們?cè)阡摵辖鸹O(shè)計(jì)時(shí)按照下述原則:在保持強(qiáng)度前提下要盡可能降低鋼的含碳量,有資料已提出:在鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)1550MPa以上時(shí),含C量在0.3%～0.4%為宜[2]。H13鋼的強(qiáng)度Rm為1503.1MPa(46HRC)和1937.5MPa(51HRC)。H13鋼中主要合金元素的作用以下[4,5,6]:鉻:鉻在鋼中可形成鉻的碳化物,能提升鋼的高溫強(qiáng)度和耐磨性,使C曲線右移,提升鋼的淬透性和回火牢固性。鉻和其余碳化物形成元素一起供給給鋼擁有較高的淬透性隨和的抗融化能力,因此H13鋼在空冷條件下可以淬硬。在6barN2氣體真空辦理?xiàng)l件下可淬透直徑為160mm。但鉻的加入會(huì)增添碳化物的不平均程度,致使鋼中會(huì)出現(xiàn)亞牢固的共晶碳化物,這類碳化物現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一般可用高碳鉻軸承鋼相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以評(píng)定。鉻含量的提升有益于增添材料的熱強(qiáng)度,但對(duì)韌度不利。鉬:鉬也是碳化物形成元素,和鉻同樣,可提升鋼的高溫硬度和淬透性。其他,鉬還可細(xì)化晶粒,減小回火脆性。釩:釩比鉻和鉬更簡(jiǎn)單形成碳化物,很少溶入鐵的固溶體中。釩的碳化物使鋼擁有優(yōu)異的熱硬性,并可細(xì)化晶粒,提升鋼的耐磨性。硅:硅是對(duì)鐵素體進(jìn)行置換固溶加強(qiáng)特別有效的元素,僅次于磷,但同時(shí)在必然程度上降低鋼的韌度和塑性。一般都將硅限制在鋼脫氧需要的范圍內(nèi)。若是將Si作為合金元素加入鋼中,其量一般不小于0.40%。硅也為提升回火抗力的有效元素。Si降低碳在鐵素體中的擴(kuò)散速度,使回火時(shí)析出的碳化物不易齊聚,增添回火牢固性。其他,硅易使鋼體現(xiàn)帶狀組織,使鋼的橫向性能比縱向性能差,也使鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度高升。Si還擁有促進(jìn)鋼的脫碳敏感性,但Si有益于高溫抗氧化性的提升。錳:錳可以改變鋼在凝固時(shí)所形成的氧化物的性質(zhì)和形狀。同時(shí)它與S有較大的親合力,可以防備在晶界上形成低熔點(diǎn)的硫化物FeS,而以擁有必然塑性的MnS存在,進(jìn)而消除硫的有害影響,改進(jìn)鋼的熱加工性能[7]。Mn擁有固溶加強(qiáng)作用,進(jìn)而提升鐵素體和奧氏體的強(qiáng)度和硬度,固然其固溶加強(qiáng)收效不及碳、磷和硅,但其對(duì)鋼的延展性幾乎沒(méi)有影響。在鐵素體-珠光體型鋼中Mn是唯一可使信服強(qiáng)度增添又使冷脆轉(zhuǎn)變溫度變化最小的合金..元素。H13鋼的成分H13鋼(4Cr5MoSiV1)是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的熱作模具鋼,其化學(xué)成分(%)為:0·32~0·45C,0·80~1·20Si,0·20~0·50Mn,4·75~5·50Cr,1·10~1·75Mo,0·80~1·20V,P≤0·030,S≤0·030。因其擁有優(yōu)異的熱強(qiáng)性、紅硬性、較高的韌性和抗熱疲倦性能,故被廣泛用于鋁合金的熱擠壓模和壓鑄模,工作時(shí)溫度可達(dá)600℃,工作條件惡劣,主要無(wú)效形式為熱磨損(熔損)和熱疲倦,要求表面擁有高硬度、耐蝕、抗粘結(jié)等性能。H13鋼老例淬火、回火后的硬度一般為42~48HRC,耐磨性不足,模具使用壽命短。鑒于模具無(wú)效多半由表面開始,從節(jié)約能源和資源,充分發(fā)揮資料性能潛力并獲取特別性能和最大經(jīng)濟(jì)效益出發(fā),對(duì)H13鋼模具進(jìn)行表面改性辦理,是綜合改進(jìn)模具壽命的重點(diǎn)H13鋼的冶金質(zhì)量目前,外國(guó)己廣泛采納電爐加電渣重熔的工藝冶煉H13鋼[8],以提升H13鋼的純凈度,減少含硫量。當(dāng)硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.014%時(shí),就可以大大提升H13鋼材的KID值,外國(guó)H13鋼的含硫量要求質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.005%～0.008%之間。我國(guó)大冶特別鋼股份有限公司采納電爐冶煉+澆鑄180mm方電極棒+電渣重熔+加工成材這一世產(chǎn)工藝,每年可以生產(chǎn)2000t左右電渣鋼,鋼材化學(xué)成份平均,組織致密,有較好的等向性和純凈度[9]。H13鋼是合金元素含量較高的過(guò)共析鋼,在冶煉、鑄造時(shí)會(huì)出現(xiàn)碳化物偏析,在鋼廠經(jīng)鍛軋后形成粗大的碳化物帶。此中碳化物的數(shù)目、大小及散布狀態(tài)直接影響鋼材的組織及性能。為了改進(jìn)模具最后熱辦理后的組織性能,瑞典福玻斯公司從20世紀(jì)60年代中期已開始使用一種組織辦理的方法,可以大幅提升H13鋼鑄模的壽命。國(guó)內(nèi)的上海勞動(dòng)機(jī)械廠,上海鍛壓機(jī)床廠對(duì)H13鋼半精鍛熱鍛模均進(jìn)行“組織辦理”[10,11,12]。國(guó)內(nèi)已對(duì)H13鋼進(jìn)行了系統(tǒng)的預(yù)辦理工藝試驗(yàn)。采納自動(dòng)相解析技術(shù)對(duì)碳化物面積分?jǐn)?shù)(A%)、平均粒徑(d)和單位面積碳化物個(gè)數(shù)(Nc)進(jìn)行了定量測(cè)定,用拉伸法測(cè)定了老例力學(xué)性能。預(yù)辦理工藝,并與常規(guī)球化退火工藝的組織性能進(jìn)行了比較。解析試驗(yàn)結(jié)果[13,14],獲取了以下有價(jià)值的結(jié)論:(1)預(yù)熱辦理顯然地改進(jìn)了H13鋼的組織,有效除掉了帶狀碳化物,大大減少了粗大碳化物的數(shù)目,可獲取散布平均、尺寸微小的碳化物組織。預(yù)熱辦理方法與老例球化退火(890℃左右)方法對(duì)照,擁有節(jié)約能源,生產(chǎn)周期短等長(zhǎng)處,在強(qiáng)度、晶粒度基本上相當(dāng)?shù)那疤嵯?可提升鋼材的塑性和韌性。其他,還有文件[11,12]提出一種1170℃淬火+720℃回火后再淬火,回火的工藝,其目的與前述組織辦理同樣。H13鋼退火加熱溫度860℃～890℃,時(shí)間2～4h，硬度≤229HBW。H13鋼淬火H13鋼的奧氏體化溫度范圍為1000℃～1050℃,油冷或空冷，硬度56～58HRC,為了獲取高的紅硬性,可采納奧氏體化溫度上限;為獲取好的韌性和防備開裂,可采納奧氏體化溫度下限。實(shí)質(zhì)淬火溫度的選定既要保證奧氏體中溶有足夠的碳和合金元素以獲取高的硬度和紅硬性,又保證奧氏體晶粒尺寸小于ASTM9以保證足夠的韌性。淬火溫度比退火溫度要高,更應(yīng)采納舉措防備氧化脫碳。H13鋼回火..H13鋼的淬火組織是板條馬氏體+未溶碳化物+節(jié)余奧氏體,為了除掉淬火應(yīng)力和節(jié)余奧氏體,并使馬氏體韌化,一定進(jìn)行2～3次高溫回火。平時(shí),淬火后的模具溫度在低于70℃時(shí)就應(yīng)趕忙回火,這對(duì)尺寸較大、形狀復(fù)雜的熱作模具尤其重要。為了防備熱作?；鼗饡r(shí)重新產(chǎn)生節(jié)余應(yīng)力,在回火加熱和冷卻時(shí)應(yīng)遲緩進(jìn)行。在1020℃淬火條件下,H13鋼回火溫度的選擇決定于模具的工作條件和硬度要求。一般國(guó)內(nèi)外熱作模具鋼H13鋼都采納540℃～650℃的高溫回火,以提升模具的韌性,但高溫回火易使熱作模具發(fā)生熱磨損進(jìn)而無(wú)效。實(shí)踐證明,H13鋼采納350℃左右的中低溫回火后,心部擁有較好的強(qiáng)韌配合和熱疲倦性能,同時(shí)可不出現(xiàn)蘭脆現(xiàn)象[19]。節(jié)余奧氏體的存在可使資料在斷裂時(shí)吸取更多的能量,并改變裂紋擴(kuò)展方向及裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài),進(jìn)而提升鋼的韌性。H13鋼氮碳共滲H13鋼因?yàn)闈B氮化合物中的ε相韌性較低,膨脹系數(shù)較大,對(duì)熱疲倦性能產(chǎn)生不利影響。而軟氮化時(shí),因?yàn)镃在ε相中的溶解度高(550℃時(shí)達(dá)3·8%),軟氮化的表層是C、N共同的化合物,這類化合物韌性好且耐磨。軟氮化溫度在565℃以下周邊較好,既能保證滲速,又能使形成的ε+γ′相所需的N濃度較高,可以在表層形成ε從前有更多的N滲透基體,這樣在第二階段[N]原子擴(kuò)散時(shí),有益于形成合理的擴(kuò)散層。軟氮化時(shí)間以2~4h為宜,高出6h,滲層不再增添,硬度在2~3h達(dá)到最大值。實(shí)踐證明,用氨氣與酒精作滲劑,比較合理的氣體軟氮化工藝為540℃氨分解率20%~30%,3~4h,再于560℃,氨分解率40%~45%,1~2h(酒精60~80滴/min),油冷。1.3N-C-V共滲[6]H13鋼在老例鹽浴N-C共滲時(shí),在以尿素和碳酸鹽為主的鹽浴中加入適合的含V劑、還原劑及活性劑等,可實(shí)現(xiàn)V與N、C的共滲。共滲溫度為550~560℃,時(shí)間2~4h。因?yàn)榻饘賄原子的滲透,過(guò)渡層中N原子的擴(kuò)散與散布比較平均,并且形成大批細(xì)小、彌散的VC、VN硬質(zhì)相,使