H13熱模具鋼顯微組織金相分析
關(guān)鍵詞：熱作模具鋼；熱處理；顯微組織
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1 序言
在淬硬環(huán)境中，H13鋼具有較強(qiáng)的韌性，并具有優(yōu)異的耐熱裂性，是一種既堅(jiān)韌又耐熱的空冷硬化型熱作模具用鋼。適用于制造壓鑄模具、擠壓模具、熱切邊模具、熱鍛模具等。
在中國(guó)，H13鋼是4Cr5MoSiV1鋼。法國(guó)的AFNORZ40COV5與日本的JISSKD61相似，德國(guó)的DIN1.2344，瑞典的SS142242。
大家都知道，熱作模具鋼的質(zhì)量是危害模具壽命的重要因素。現(xiàn)在，主要通過(guò)顯微組織對(duì)熱作模具鋼的質(zhì)量進(jìn)行分析。北美壓鑄協(xié)會(huì)模具材料委員會(huì)編制的《高端H13鋼壓力鑄造模具驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》廣泛應(yīng)用于鑒定顯微組織。NADCA#207-90。參照?qǐng)D普，近期探索的顯微帶狀組織驗(yàn)收可以更好地顯示鋼材的力學(xué)性能和模具壽命之間的關(guān)系。所以，它們是金相定級(jí)材料的重要指標(biāo)。本論文從這兩個(gè)方面對(duì)一種國(guó)產(chǎn)H13鋼進(jìn)行顯微組織分析，并對(duì)這些材料的真空淬火顯微組織進(jìn)行研究。
2 按照NADCA的解釋
按照NADCA#207-90規(guī)范，一般試件都是在淬火狀態(tài)下推斷的。
2.1 材料成分：
表1列出了國(guó)產(chǎn)H13鋼的化學(xué)成分分析結(jié)論。H13鋼和NADCA#207-90中高級(jí)H13鋼的成分也包含在ASTMA681(最新修訂版)中，表中包含的4Cr5MoSiV1鋼是GB/T1299-2000《合金工具鋼》所規(guī)定的H13鋼成分。
降低鋼中硫含量對(duì)于提高H13鋼的純度，從而提高其性能具有重要意義。文獻(xiàn)[3]介紹，當(dāng)硫的質(zhì)量濃度為0.014%時(shí)，可大大提高鋼件的斷裂韌性KIC值。高質(zhì)量的海外電渣重熔H13鋼含硫量濃度保持在0.005%～0.008%范疇。這里，國(guó)內(nèi)電渣重熔鋼H13R還有待提高。
2.2 純度：
NADCA#按ASTME-45-97(最新修訂版)進(jìn)行鋼中非金屬夾雜物成分等級(jí)測(cè)量，207-90要求。這是一種利用JK定級(jí)圖來(lái)識(shí)別非金屬夾雜物的瑞典Jernkontoret方法。根據(jù)夾雜物的形狀(不根據(jù)夾雜物的成分)和分布分為四種基本類(lèi)型，記錄為A、B、C和D，并且根據(jù)夾雜物的厚度或孔徑分為兩個(gè)系列，用字母e表示粗系。
國(guó)產(chǎn)H13R鋼試件具體測(cè)量結(jié)論見(jiàn)表2，基于試件中最嚴(yán)重的視角，結(jié)果表明該鋼純度略有偏差。NADCA#207-90的允許等級(jí)在表中。所以相應(yīng)納入進(jìn)口2344(德國(guó))、H13鋼在W302(奧地利)的測(cè)定值。
2.3 淬火強(qiáng)度：
NADCA#H13鋼供應(yīng)時(shí)，207-90標(biāo)準(zhǔn)淬火強(qiáng)度不得高于235HB。淬火態(tài)和冷拉態(tài)是ASTMA681-94標(biāo)準(zhǔn)中最需要的
235HB和262HB具有高韌性。表3列出了國(guó)內(nèi)H13R鋼及循環(huán)淬火、高淬高回工藝的預(yù)處理試樣測(cè)量硬度值。為了方便比較，也列
進(jìn)口2344和W302鋼的相應(yīng)測(cè)量值。
2.4 淬火顯微組織
在鐵素體基體上，H13鋼供應(yīng)態(tài)淬火顯微組織均勻分布在球形合金滲碳體上。NADCA#根據(jù)鋼材等級(jí)和規(guī)格驗(yàn)收合格等級(jí)，207-90規(guī)范相差甚遠(yuǎn)。
圖1顯示了國(guó)內(nèi)H13R鋼淬火態(tài)顯微組織。在某些地區(qū)，鐵素體基材呈位向分布，在某些地區(qū)呈等軸狀分布，細(xì)點(diǎn)合金滲碳體分布不均勻，鐵素體晶界二次合金滲碳體析出較多，有些晶界幾乎呈鏈狀析出顆粒和細(xì)桿狀滲碳體。在GB1299-2000標(biāo)準(zhǔn)中，這種類(lèi)型的第二級(jí)圖被評(píng)為≥4級(jí)，達(dá)標(biāo)不得超過(guò)2級(jí)。根據(jù)NADCA#207-90規(guī)范，圖1所示機(jī)構(gòu)應(yīng)評(píng)為不合格。
預(yù)處理試樣顯微組織見(jiàn)圖2，國(guó)內(nèi)鋼經(jīng)循環(huán)淬火和高淬高回(在真空爐中進(jìn)行)(a)和(b)。按圖2(a)換句話說(shuō)，鐵素體的位置慢慢趨向于等軸狀，滲碳體的聯(lián)合分布水平有所提高，但是晶界上仍然有滲碳體呈鏈狀析出。按圖2(b)換句話說(shuō)，鐵素體基材仍然保持著奧氏體和粒狀貝氏體(見(jiàn)圖4.)粒狀合金滲碳體的位置比較均勻。圖2顯示了NADCA#207-90規(guī)范。(a)評(píng)定為不過(guò)關(guān)；圖2(b)評(píng)定為基本合格，但不符合高質(zhì)量H13鋼。
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圖1 H13R鋼淬火態(tài)顯微組織(×500)
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圖2 H13R循環(huán)淬火(a)跟高淬高回(b)顯微組織
a)×500????????????????????????????? b)×500
2.5 晶粒大小：
NADCA#207-90規(guī)范對(duì)晶粒尺寸的測(cè)量有特殊要求，但ASTM比較法也可以根據(jù)一定的工藝處理金相檢測(cè)試件。延伸標(biāo)準(zhǔn)是
ASTME-晶粒尺寸應(yīng)在7級(jí)以上，112。
本文對(duì)具體解決試件進(jìn)行了晶粒度測(cè)量，結(jié)論見(jiàn)表4。在測(cè)量過(guò)程中，樣品的放大倍數(shù)為400倍，換算成晶粒度值增加100倍。
2.6 熱處理特點(diǎn)：
NADCA#207-90標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)1010℃(1850u)奧氏體化后，厚度不大于25.4mm的H13鋼件空冷，其最低強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到50HRC。
在真空爐中，國(guó)內(nèi)某H13R鋼1#和2#具體工件厚度為180mm，經(jīng)1030℃奧氏體化。
