Ti含量对H13热作模具钢组织及性能的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和洛氏硬度计研究了Ti含量对H13热作模具钢的力学性能和回火稳定性的影响,并分析和讨论了试验钢淬回火后析出碳化物的类型。结果表明:Ti元素(0.127%)的加入提升了H13钢的硬度、室温抗拉强度和塑性;合金元素Ti具有细化回火马氏体板条尺寸的效果;Ti含量为0.127%时,试验钢碳化物主要为富Cr的M23C6、M7C3、V2C和多种硬质相;微量元素Ti(0.127%)的添加提高了H13钢640℃以下的回火稳定性,且在高温(700℃)回火后,Ti元素提高了H13钢的高温回火硬度。     

改善H13热作模具钢性能的措施

0 引言H13钢是一种空冷硬化的中碳中铬系热作模具钢,国际上广泛用于制造铝、镁合金的压铸模,以及热挤压模和精锻模等。H13钢相当于我国牌号 4Cr5MoV1Si 热作模具钢,已列入合金工具钢国际 GB1299—77正式投产,我国模具制造业也已推广使用该钢。为适应生产需要,充分发挥内在潜力,最大限度地改善 H13钢的各项性能指标,以提高模具的寿命,近年来我国广大科技和工程技术人员从冶炼工艺、常规热处理工艺到表面改性,对 H13钢作了大量的试验     

热处理对H13热作模具钢的显微结构和性能的影响

研究预备热处理工艺、回火温度及深冷处理对H13热作模具钢的显微结构和力学性能的影响.结果表明,对成分偏析且锻造不足的H13钢,在常规的热处理条件下,适当提高回火温度(如630℃)可部分消除H13钢的带状组织；对该种钢材热处理前进行扩散退火+球化退火预先热处理,能更有效改善其金相组织,较大幅度提高材料的冲击韧度；深冷处理后,残余奥氏体转变为马氏体,同时碳化物分布更加细小、均匀,可进一步提高H13钢的力学性能.     

贝氏体等温淬火对H13热作模具钢组织及热疲劳性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和热疲劳试验等研究了常规淬火和等温淬火两种不同工艺对H13钢显微组织和热疲劳性能的影响.结果表明:等温淬火处理后H13钢的显微组织为马氏体+下贝氏体(M/B下).与常规淬火相比,具有M/B下复相组织的试验钢的硬度有所降低,冲击韧性有所提高.热疲劳裂纹分析表明,经等温淬火处理后试样的热疲劳裂纹在长...     

热作模具钢H13失效分析

介绍了几例因不合理技术要求而导致模具早期断裂失效的情况,分析了失效原因,提出了解决问题的措施。     

微量Nb对H13钢性能的影响

研究了微量铌对AISI H13钢的力学性能、热稳定性能、回火稳定性、抗高温氧化性及抗冷热疲劳性的影响。结果表明，在H13钢中添加0．01％(质量分数，下同)的铌对力学性能没有明显改善，但热稳定性、回火稳定性和抗高温氧化能力明显提高。运用计算机图像处理技术对比研究两种材料的热疲劳裂纹变化规律显示，含微量铌的H13钢的热疲劳抗力明显比不含铌的H13钢要高，即微量铌的添加显著提高了抗热疲劳性能。     

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。     

压铸用H13热作模具钢热处理工艺研究

以压铸铝、镁及其合金用优质H13钢为对象,进行了相关热处理工艺研究和拉伸、硬度及冲击性能检测。研究结果表明,优质H13钢二次硬化温度比常用H13钢高50~70℃,经1100℃淬火、600℃二次回火后,试样表现为较优的强韧性配合和综合使用性能。     

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。     

压铸用H13热作模具钢热处理工艺研究

为预防模具早期失效、提高模具使用寿命,以H13钢为对象,通过试验,对该热作模具钢的淬火、回火工艺及二次硬化进行了系统研究,并对其强度、塑性、硬度及冲击性能进行了检测及分析.研究结果表明,优质H13钢二次硬化温度比常用H13钢高50～70℃;经1 100℃淬火、600℃二次回火后,试样表现为较优的强韧性配合和综合使用性能,其伸长率达8.10%,屈服强度达1 335 MPa、抗拉强度达1 534 MPa.     

热疲劳对B/M复相H13钢组织及力学性能的影响

为提高其热疲劳性能,对H13钢进行了贝氏体-马氏体(B/M)复相热处理,使其得到了由回火索氏体和贝氏体组成的复相组织。利用OM、SEM、TEM、洛氏硬度计、万能拉伸试验机等设备研究了热疲劳对B/M复相H13钢微观组织、碳化物及力学性能的影响。结果表明:较传统H13钢硬度随疲劳次数增加而迅速降低的现象,B/M复相H13钢的硬度随疲劳次数的增加呈先下降后上升再下降的趋势。拉伸试验表明,较传统H13钢,B/M复相H13钢的强塑性配合更加优异,且在热疲劳后,其断面收缩率反而有所增大。通过显微组织观察发现力学性能变化的主要原因是B/M复相H13钢在热疲劳过程中存在贝氏体板条合并及碳化物析出并长大粗化的行为。     

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。     

Nb对H13钢组织及冲击性能的影响

采用OM、SEM、EDS、相分析、硬度测试和冲击性能试验等分析手段,对比研究Nb含量为0、0.067%和0.270%(质量分数)的H13试验钢淬回火后的组织及力学性能。结果表明,加入Nb后试验钢淬火硬度有所下降;淬火温度提高后,含Nb试验钢的晶粒尺寸小于0Nb试验钢,但含Nb试验钢中存在部分未溶碳化物;3种试验钢回火后的二次硬化峰均出现在510 ℃。经1050 ℃淬火、不同温度回火后,0.067Nb试验钢的冲击吸收能量高于0Nb试验钢。0.27Nb试验钢受到大尺寸碳化物的影响,淬火温度在1080 ℃以下时,冲击吸收能量不及另两种试验钢。     

H13热作模具钢的真空热处理

介绍了H13热作模具钢选用真空退火、真空油淬、真空气淬、真空回火的工艺特点,推荐了一些方法和技术参数以及适用炉型。     

H13模具钢激光熔凝层的组织及性能

对H13模具钢激光表面熔凝层的组织结构和硬度、磨损性能、电化学腐蚀性能进行了分析研究，结果表明：H13钢经激光熔凝处理后可在表面获得平滑、均匀致密、无裂纹的硬化改性层，显著提高了材料的抗磨损和腐蚀性能，从而提高了模具的潜在使用寿命。     

热作模具用H13和Dievar钢的热疲劳性能

对比研究了回火温度对热作模具用H13和Dievar钢热疲劳性能的影响。H13和Dievar钢经过520、580和640 ℃回火处理后,采用自主搭建的Uddeholm自约束疲劳试验装置分别对试样进行1000次热疲劳试验,并用热疲劳损伤因子对热疲劳损伤过程进行定量描述。结果表明,在相同回火温度下,Dievar钢具有较低的硬度和较高的冲击性能,抗疲劳性能优于H13钢。H13和Dievar钢在580 ℃ 回火处理后,碳化物尺寸分别约为10.1 μm和6.3 μm,H13钢碳化物含量高且尺寸大,导致韧性和抗热疲劳性能降低。     

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热作模具钢RE-N-C-S-V-Nb多元共渗层的研究

对H13热作模具钢进行盐浴RE-N-C-S-V-Nb多元共渗,研究了渗层试样的组织、硬度及高温抗氧化性.结果表明:H13钢经盐浴RE-N-C-S-V-Nb共渗处理后,形成了厚约17 μm的表面渗层,渗层主要由含V,Nb和C,N的化合物组成,且组织细小而均匀,显微硬度呈梯度变化,高温抗氧化性能较好.     

H13热作模具钢纯净度研究

采用中频炉-模铸-电渣重熔-退火工艺路线,生产H13热作模具钢。研究了冶炼过程中T.[O]总含量[H]、[S]含量及大型夹杂物的变化规律。结果表明,采用该工艺生产的H13 T.[O]含量为42×10-6~56×10-6,[H]含量为1.6×10-6~3.0×10-6,[S]含量为0.004%~0.005 5%,大型夹杂物含量为1.1~2.24 mg/10 kg。具体研究了电渣重熔工艺对以上各参数的影响,分析产生差异的原因,并以此为实际生产提供参考。     

锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响

采用不同的始锻温度、终锻温度和锻造比进行了H13热作模具钢试样的锻造试验,并进行了热疲劳性能和高温耐磨损性能的测试与对比分析,研究了锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响。结果表明:随着始锻温度从1050℃增加至1150℃、终锻温度从825℃增加至925℃,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后变大,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后变差;当锻造比从3增加至7,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后基本不变,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后基本不变。H13热作模具钢的始锻温度优选值为1125℃、终锻温度优选值为900℃、锻造比优选值为5。与始锻温度1050℃相比,1125℃始锻时,试样的热疲劳级别数值减小4级、高温磨损体积减小16×10^-3 mm³;与825℃终锻相比,在900℃终锻时,试样的热疲劳级别数值减小6级、高温磨损体积减小20×10^-3 mm³;与锻造比为3时相比,锻造比为5时,试样的热疲劳级别数值减小2级、高温磨损体积减小6×10