H13钢是一种空冷硬化型热作模具钢,具有高淬透性、韧性及优良的抗热疲劳性能,是当今世界范围内使用最广泛的热作模具钢之一。在服役状态下,热作模具材料需承受冲击载荷及冷热交替作用,常因强度及韧性不足,尤其是横向韧性差而导致早期失效。因此,改善热作模具钢的显微组织,提高其冲击韧性,可显著提高模具的使用寿命。目前,国内外针对H13钢的研究多集中在相变动力学、热处理工艺等方面,而针对锻造工艺对H13钢组织及性能影响的研究并不多见。
研究人员选用邢钢生产的H13电渣重熔钢,分别进行“一镦一拔”和“三镦三拔”锻造加工,从组织、冲击韧性等方面进行对比分析,为明确H13钢锻造工艺的选择提供一定的参考。试验用H13钢锭经电渣重熔工艺冶炼,钢锭化学成分见下面:
H13钢的化学成分(wt%)
C:0.32~0.45Si:0.80~1.20Mn:0.20~0.50Cr:4.75~5.50Mo:1.10~1.75V:0.80~1.20p:≤0.030S:≤0.030
始锻温度1180℃,终锻温度850℃,进料量控制在下砧宽的1/3~1/2,镦粗比为3∶1,总锻造比为4∶1;分别进行一次镦粗、拔长和三次镦粗、拔长成形。在钢锭心部取样,观察横向铸态组织。在锻件心部取10mm×10mm×55mm夏比V型缺口冲击试样,试样经调质(1030℃保温30min,并在590℃回火2次,每次2h)处理后,采用JB30B型冲击试验机进行冲击试验,利用JSM-6510型扫描电镜观察冲击断口形貌。锻后退火态金相试样经4%硝酸酒精溶液腐蚀后,用Leica DM 2700M型金相显微镜进行组织分析。
试验结果表明:
(1)与一镦一拔比,采用三镦三拔工艺后,H13钢的显微组织明显改善,晶粒细化,带状偏析显著减少,碳化物分布更均匀,材料的横向冲击性能显著提高。
(2)H13钢的横向冲击性能提高主要与细晶增韧、带状偏析、沿晶碳化物减少以及碳化物分布更加均匀,从而弱化了裂纹萌生的倾向性等因素。
(3)三镦三拔工艺可以显著改善H13钢的组织,提高冲击性能。因此,三镦三拔比一镦一拔更优越。
来源:热加工论坛
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