對H13模具鋼成分進(jìn)行深入分析
眾所周知，鋼中碳含量的增加會增加鋼的強度。對于熱作模具鋼來說，它會提高高溫強度、熱態(tài)硬度和耐磨性，但會降低其韌性。在工具鋼產(chǎn)品手冊文獻(xiàn)中，學(xué)者對各種H型鋼的性能進(jìn)行了比較明顯的驗證。一般認(rèn)為導(dǎo)致鋼塑性和韌性下降的碳含量界限為0.4%。所以規(guī)定人們在鋼合金化設(shè)計時要遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：在保持強度的同時，要盡量減少鋼的碳含量，有些材料已經(jīng)提出：當(dāng)鋼的抗壓強度達(dá)到1550MPa以上時，含C量為0.3%-0.4%。關(guān)于1503.13鋼強度Rm的文獻(xiàn)介紹MPa1937年(46HRC時)和MPa(51HRC時)。
查看TQ-1，F(xiàn)ORD和GM公司資料介紹、Dievar和ADC3等鋼中的C含量均為0.39%和0.38%等，相應(yīng)的韌性指標(biāo)等列于表1，其原因可以從管窺中得到。
對于規(guī)定較高強度的熱作為模具鋼，選擇的方法是在H13鋼成分的前提下增加Mo成分或含碳量，這將在后面討論。預(yù)計自然韌性和塑性會略有降低。
2.2鉻：鉻是合金工具鋼中常見的廉價合金元素。H型熱作模具鋼在美國的Cr含量為2%~12%。合金工具鋼在中國（GB在37個鋼號中，除了8CrSi和9Mn2V之外，T1299都有Cr。鉻有利于鋼的耐磨性、高溫強度、熱強度、韌性和淬透性。同時，當(dāng)它與基材融合時，鋼的耐腐蝕性會得到顯著提高。H13鋼中含有的Cr和Si會使氧化膜致密，從而提高鋼的抗氧化性。此外，Cr對0.3C-分析1Mn鋼淬火特性的功效，添加﹤6%Cr有利于提高鋼淬火抗力，但不能構(gòu)成二次硬化；當(dāng)含有Cr時；﹥在550℃淬火后，6%的鋼淬火具有二次硬化作用。熱作鋼模具鋼的添加量一般為5%鉻。
一部分工具鋼中的鉻融入鋼中，起到固溶強化作用，另一部分與碳融合，根據(jù)含鉻量多少(FeCr)3C、(FeCr)以7C3和M23C6的形式存在，從而影響鋼材的性能。另外還要考慮合金元素的交互作用危害，例如，當(dāng)鋼中含有鉻、鉬和釩時，Cr>3%[14]當(dāng)時，Cr可以阻止V4C3的生成和Mo2C的延遲分析，V4C3和Mo2C是提高鋼高溫強度和抗回火能力的增強相。[14]，這種交互作用提高了鋼材的耐熱變形性能。
在鋼馬氏體中加入鉻，提高鋼的淬透性。Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni和Cr一樣，是增加鋼淬透性的合金元素。每個人都習(xí)慣于使用淬透性因素來表達(dá)，一般中國目前的材料[15]還只使用Grossmann等材料，隨后Moser和Legat[16,22]的進(jìn)一步工作提出，碳鋼的最佳臨界孔徑Dic和合金元素成分由含C量和奧氏體晶粒度確定的淬透性因素(見圖3)來計算碳鋼的最佳臨界孔徑Di，也可以從下式進(jìn)行近似計算：Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni(1)(1)式中各合金元素的質(zhì)量百分比表示。人們通過這種方式對待Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素對鋼淬透性的危害有相當(dāng)明確的半定量掌握。人們通過這種方式對待Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素對鋼淬透性的危害有相當(dāng)明確的半定量掌握。
Cr對鋼共析點的危害，與Mn大致相似，當(dāng)含鉻量約為5%時，共析點的含量降至0.5%左右。此外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加持似乎減少了共析點的C含量。所以可以知道：熱作模具鋼和高速鋼一樣屬于過共析鋼。分析中C含量的減少，會增加奧氏體化后組織中合后組織中合金滲碳體的成分。
對H13模具鋼成分進(jìn)行深入分析
鋼中合金C化物的行為與其自身的可靠性有關(guān)。事實上，合金C化物的結(jié)構(gòu)和可靠性與相應(yīng)C化物產(chǎn)生元素的d電子殼層和S電子殼層的電子缺乏程度有關(guān)[17]。隨著電子缺乏程度的降低，金屬原子半徑的降低，碳和化學(xué)元素的原子半徑比rc/rm高，合金C化物從間隙相向間隙化合物轉(zhuǎn)變，C化物的穩(wěn)定性減弱，相應(yīng)的熔化溫度降低到A中的熔化溫度，自由能的絕對值降低，相應(yīng)的硬度值降低。VC滲碳體具有面心立方點陣，穩(wěn)定性高，溫度在900~950℃左右逐漸融化，在1100℃以上逐漸融化(融化結(jié)束溫度為1413℃)[17]；在500~700℃的淬火環(huán)節(jié)中，他沉淀下來，不容易聚集成長，可以作為鋼中加強相。中等滲碳體產(chǎn)生原素W、Mo形成的M2C和MC滲碳體具有密排和簡單的六方點陣，穩(wěn)定性較弱，強度、溶點和融解溫度較高，仍可作為500~650℃范圍內(nèi)鋼材的加強相。M23C6(如Cr23C6等)具有復(fù)雜的立方點陣，可靠性較差，結(jié)合強度較差，溶點和融解溫度較低(1090℃融入A中)，只有在少數(shù)耐磨鋼中經(jīng)過綜合金化后才具有較高的可靠性(例如（CrFeMoW）23C6，可以作為強化相。M7C3具有復(fù)雜的六方結(jié)構(gòu)(例如Cr7C3)、Fe4Cr3C3或Fe2Cr5C3的穩(wěn)定性較差，它和Fe3C類滲碳體一樣容易融解和沉淀，具有較大的匯聚增長率，一般不能成為高溫增強相[17]。
我們?nèi)匀粡腇e開始-Cr-在H13鋼中，C三元相圖可以簡單地掌握合金滲碳體相。按Fe-Cr-C系統(tǒng)700℃[18~20]和870℃[9]三元等溫截面相圖，對于含有0.4%C的鋼材，隨著Cr量的增加，（FeCr）3C（M3C）和（CrFe）合金滲碳體7C3(M7C3)。請注意，M23C6只會出現(xiàn)在870℃圖上，Cr含量超過11%)。另外，基于Fe-Cr-在5%Cr時，C三元系的垂直截面，對含有0.40%C的鋼進(jìn)行退火。α相(約1%固溶)Cr）和（CrFe）合金C化物7C3。當(dāng)加熱到791℃時，產(chǎn)生馬氏體A和進(jìn)入（α A 三相區(qū)，在795℃上下進(jìn)入M7C3。（A 在970℃左右，M7C3)兩相區(qū)，（CrFe）7C3消退，進(jìn)入單相A區(qū)。在含有C量的基材中﹤只有在793℃左右才存在0.33%(M7C3) 在796℃，M23C6和A的三相區(qū)進(jìn)入（A 在此之前，M7C3區(qū)域(0.30%C)一直保持到液相。鋼鐵中殘留的M7C3有阻擋A晶粒生長的作用。Nilson提出，1.5%C-Cr成分合金13%，不穩(wěn)定。（CrFe）不產(chǎn)生23C6[20]。自然而然地，只有Fe-Cr-C三元系分析中存在一些誤差，需要了解添加合金元素的影響。
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