消除H13模具钢网状碳化物的热处理工艺研究

分析了H13模具钢退火组织中网状碳化物的形成机理,阐述了网状碳化物对模具钢性能的影响,发现锻后通过高温加热及快速冷却的方式能够有效避免网状碳化物的析出,同时还能够显著提高冲击性能。     

H13热作模具钢的工艺设计与组织性能研究

对H13热作模具钢进行了锻后退火、缓冷退火、等温退火和固溶预热处理,并对比分析了不同预热处理对淬回火后H13模具钢显微组织、硬度和冲击性能的影响。结果表明,采用固溶+退火相结合的方法可以细化H13模具钢的显微组织,使得碳化物分布更加均匀且尺寸更加细小;预热处理+淬回火态H13模具钢的金相组织为回火马氏体+碳化物;固溶+缓冷退火态H13模具钢的布氏硬度和洛氏硬度最高,而等温退火态H13模具钢的布氏硬度最低;经过固溶+缓冷退火+淬回火工艺处理的H13模具钢具有最高的横向和纵向0℃冲击功,可作为最佳热处理工艺。     

稀土钇对H13钢组织与性能的影响

研究了不同稀土Y含量对H13模具钢组织和性能的影响。实验室采用电渣重熔冶炼获得了稀土Y的质量分数分别为0.0008%、0.0060%和0.0120%的H13钢电渣锭。利用OM、SEM、TEM和热力学计算等方法研究稀土Y对组织的影响;利用冲击试验机和显微硬度计探究了稀土Y对性能的影响。结果表明,稀土Y使H13钢中的隐晶马氏体的形貌变成狗骨状,随着稀土Y含量的增加,隐晶马氏体呈局部细小和弥散分布趋势;H13钢中凝固终点处残留液相中元素的浓度达到高碳高合金钢的浓度,导致液析碳化物生成。稀土Y的质量分数为0.0120%时,钢中C元素的偏析度由1.292降低至0.529,合金元素Cr、Mo、V的偏析度也均有降低;钢中5μm以上的碳化物占比最低,碳化物的平均尺寸为3.13μm;钢热处理后的横向冲击吸收能量为19.5 J,退火和回火后的维氏硬度分别为244.4和525.5 HV0.5。     

大型H13钢模块锻件制备及组织评价

针对大型H13钢模块锻件制备过程及组织评价进行了研究分析。模块锻件采用VD方式冶炼电极坯料,然后经电渣重熔方式冶炼12t重钢锭,钢锭锻前加热温度为1230℃,经三镦三拔锻造成形,锻后热处理工艺为高温正火加球化退火。模块化学成分符合NADCA推荐规范中高级优质H13钢标准,退火后低倍组织均匀致密无缺陷,显微组织均匀性十分良好,无网状碳化物及带状组织,布氏硬度平均为172.9HBW,退火性能良好,淬火晶粒度达到8.5级,模块锻件组织评价结果均符合大型高品质H13钢锻件组织要求。     

稀土对新型中碳CARMO模具钢组织和性能的影响

实验研究了稀土变质处理对新型中碳CARMO模具钢组织和性能的影响,并利用扫描电镜、X射线能谱仪及显微硬度计等研究了该钢铸态及热处理态的成分、微观组织形貌及性能特点。结果表明,变质处理细化了晶粒,改善了铸态原始粗大枝晶及不均匀组织,夹杂物数量明显减少,共晶碳化物粒化且分布均匀,硬度增加3～5 HRC,冲击韧度提高178%。     

H13模具钢锻件超声检测缺陷分析

为解决H13模具钢锻件超声检测心部轴向通长密集缺陷超标问题，对锻件进行解剖，利用酸洗、PT、MT、金相及扫描电镜等手段对缺陷进行定性分析，发现锻件心部氢含量高，会在枝晶间元素集聚及碳化物偏析薄弱处释放应力，形成微裂纹，造成锻件超声检测不合格。通过优化电极冶炼浇注、电渣重熔及热处理工艺参数后，后续锻件超声检测合格，从源头上有效解决了H13模具钢锻件质量问题。     

保护气氛电渣重熔H13模具钢组织和性能研究

邢台钢铁有限责任公司利用具有保护气氛的抽锭式电渣炉生产Ф600 mm的H13钢锭,并锻造成不同规格的模块。研究了熔速对铸态组织的影响以及锻造工艺对H13钢显微组织和冲击性能的影响。结果表明:在400~550 kg·h-1熔速范围内,钢锭铸态组织中都存在不同程度的枝晶间显微偏析,并有液析碳化物析出。熔速为500 kg·h-1时,铸态组织显微偏析较轻,液析碳化物尺寸较小,且数量较少。在500 kg·h-1熔速下生产的钢锭经不同的锻造工艺变形后发现,只进行单向拔长变形的组织中存在明显的带状偏析,枝晶未被打碎,仍保留了铸态的针状铁素体组织;一镦一拔变形后的组织,铁素体位向逐渐趋于等轴状,碳化物均匀分布程度有提高,但晶界上仍有呈链状析出的碳化物,带状组织未完全消除;三镦三拔多方向反复变形后,枝晶被充分打碎,带状偏析消除,锻后退火组织中的粒状珠光体和碳化物细小均匀,横向冲击韧性明显提高,达到15.5 J·cm-2。     

国内外H13钢组织和性能对比分析

对比分析了国内外两种典型热作模具钢的化学成分、显微组织、冲击韧性和回火稳定性。结果表明:与进口H13钢相比,国产H13钢的硬度、室温冲击性能和热稳定性均较差,主要原因在于碳化物的形式有差异。国产H13钢中碳化物尺寸大、分布稀疏,存在偏析,而进口H13钢中碳化物细小弥散。进口H13钢中马氏体板条结构较稳定、小尺寸碳化物的大量存在且弥散分布是其在高温下表现出优异回火抗力的主要原因。     

Nb元素对机械制造用高强度H13钢力学性能的影响

对H13和H13-Nb芯棒的偏析情况、显微组织和力学性能进行了对比分析。结果表明,Nb加重了H13-Nb芯棒铸态组织的枝晶偏析,使(Nb,V)C液析碳化物析出温度提高,极大的削弱了芯棒的冲击韧度。     

4330锻件低温冲击功低的分析

4330缸体锻件经过低温冲击检验后,发现检验结果不稳定,部分锻件的冲击试验数据远低于技术标准要求。材料形成沿晶断裂的原因一般与过热、过烧、晶界微量有害杂质元素偏聚、二类回火脆性等因素有关。本试验只针对锻件进行金相检验和扫描电镜组织分析。分析结果表明,粗晶区的Cr、Mn 、Mo含量明显高于细晶区,尤其是Mn含量高出较多。结合冲击性能检验结果分析,枝晶组织的形貌对冲击性能的影响较明显,枝晶小、枝晶条带轻微和枝晶网细小对冲击性能的影响程度小,反之则影响较大。     

锻后固溶预处理对H13钢退火组织和冲击性能的影响

利用相分析、SEM及TEM试验方法,结合Thermo-Calc热力学软件计算了H13钢平衡相图,研究了不同固溶预处理及等温球化退火工艺对H13热作模具钢的组织和冲击性能的影响.结果表明:H13钢经1000、1050和1100℃固溶预处理后,随着固溶温度的升高,以V为主的MC型未溶碳化物数量逐渐减少,1100℃固溶预处理...     

稀土Ce对H13钢CCT曲线的影响

通过测定无Ce和添加0.026%Ce的H13热作模具钢的连续冷却转变(CCT)曲线,研究了稀土元素Ce对H13钢CCT曲线的影响。结果表明,0.026%Ce加入H13钢中可起到净化钢液、改善组织、细化晶粒和消除未溶碳化物的作用,并使珠光体转变和贝氏体转变曲线左移,珠光体相变和贝氏体相变提前,珠光体(A+P+C)和贝氏体(A+B+C)转变区域变大,马氏体(A+M+C)转变区域相应缩小。Ce的加入使H13钢的硬度增大,且硬度随冷却速度的增加而增大。     

H13钢锻材黑斑问题分析及改善

对存在黑斑的H13钢锻材的横截面进行了宏观及显微观察,并进行了非金属夹杂物等级、化学成分和显微硬度分析。结合冶炼操作情况对黑斑产生的原因进行了分析,并进行了消除黑斑组织的热处理试验。试验结果表明,H13钢锻材的黑斑是由于钢液成分不均、溶质元素富集形成的一种严重偏析现象,通过提高钢液成分的均匀性可以防止黑斑的产生,采取二次球化退火或固溶+球化退火热处理工艺可以改善或消除锻材中的黑斑现象。     

镧-铈混合稀土变质剂对铸态高速钢组织与性能的影响

研究了镧-铈稀土变质对铸态高速钢组织及性能的影响。试验表明经稀土变质处理后,高速钢铸态组织中共晶碳化物明显细化,镧-铈混合稀土的添加促使共晶碳化物断网和团球化。此外,镧-铈混合稀土的添加提高了高速钢的冲击韧性和抗弯强度,其强度分别提高了26％和7．8％。     

不同退火工艺对H13钢组织和力学性能的影响

用OM、SEM研究了亚温退火、等温退火、缓慢冷却退火3种工艺对H13钢组织和力学性能的影响。结果表明,亚温退火后碳化物粒度最小,缓慢冷却退火后碳化物粒度较大,退火硬度较低;等温退火及缓慢冷却退火对提高碳化物尺寸、分布均匀性有一定作用,同时碳化物均匀性的提高对提升H13钢退火态及淬、回火态冲击韧性有一定作用,但组织中夹杂物、一次碳化物制约着H13钢韧性的提高。     

球化退火等温时间对高碳H13钢组织和性能的影响

采用不同的等温时间对高碳H13钢进行球化退火处理,并进行后续的淬火+回火处理,通过扫描电镜观察、硬度测试、冲击性能测试等方法,研究了等温时间对高碳H13钢组织和性能的影响。结果表明,随着等温时间的延长,淬回火处理后的高碳H13钢硬度先升高后降低,冲击性能先降低后升高,耐磨性先升高后降低。等温时间为2 h时,淬回火处理后高碳H13钢的晶界处分布较多条状和粒状碳化物,使其冲击性能下降。等温时间为3 h时,淬回火处理后高碳H13钢的晶粒内分布较多较大尺寸的粒状碳化物,使其耐磨性显著提高。等温时间为3 h时,高碳H13钢具有良好的综合性能。     

锻造比对H13模具钢晶粒组织遗传规律的影响

为探究锻造比对H13模具钢晶粒组织遗传性的影响,在实验室条件下对H13模具钢进行真空冶炼,并加工成锻造比不同的锻件。观察锻造前后、不同锻造比下以及锻件在进行860℃等温球化退火后的金相组织变化。研究结果表明:锻造比为1时,经等温球化退火后H13模具钢晶粒保持了原试样的组织形态,具有明显的遗传现象;随着锻造比的增大,晶粒度增加,晶粒细化,晶粒组织的遗传性减弱;当锻造比为4时,晶粒度达到8.1,达到超细晶粒等级,晶粒组织的遗传现象基本消除;随着锻造比的增大,晶粒破碎明显增加,弱化了其组织的遗传性。     

深冷处理对H13钢组织和热疲劳性能的影响

采用OM、SEM、TEM、XRD、显微硬度计以及热疲劳试验机等方法研究了深冷处理对H13型热作模具钢的组织和性能的影响,并与常规淬回火工艺进行了对比分析。结果表明,在常规的淬回火工艺的基础上增加深冷处理有利于细化试验钢的晶粒组织并促进残留奥氏体向马氏体转变。此外,在深冷处理的条件下马氏体晶格由于在极低温易发生收缩而促使碳原子在位错等缺陷处偏聚,回火过程中以碳化物的形式析出。这些析出的大量细小弥散分布的碳化物可钉扎位错,对热循环引起的应力集中起到一定的缓解作用,减缓降低热疲劳裂纹扩展速率。且深冷处理后细小弥散分布的碳化物析出降低了H13钢热疲劳过程中碳化物长大速率,减少了热疲劳裂纹的数量,从而提高热疲劳性能。     

H13钢退火态中的碳化物分析

H13热作模具钢在850℃保温2 h后,以25℃/h速度缓慢冷却至室温。用SEM观察合金组织经球化退火处理后的形态变化,用EDS、XRD、TEM和萃取分离方法对H13钢退火态中碳化物进行了定性和定量分析。结果表明,经850℃球化退火处理后,合金中原有的马氏体组织和珠光体组织基本转化成球状碳化物,主要碳化物类型有4种:MC、M6C、M7C3、M23C6,而且不同类型的碳化物所含的主要合金元素不同,MC中的主要合金元素为V,M7C3和M23C6中的主要合金元素为Cr,M6C中的主要合金元素为Mo和Cr。     

金相组织对船用锻件冲击韧性的影响

通过对船用结构钢锻件在力学性能试验中出现的冲击韧性异常现象进行金相分析,研究组织对船用锻件冲击韧性的影响因素,从而找出了提高船用结构钢锻件冲击韧性的途径。