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H13模具钢材料分析

发布时间:2017-04-02   作者:丑八怪   点击:158

  H13模具钢材料分析

  众所周知,钢中增加碳含量将提高钢的强度,对热作模具钢而言,会使高温强度、热态硬度和耐磨损性提高,但会导致其韧度的降低。学者在工具钢产品手册文献中将各类H型钢的性能比较很明显证明了这个观点。

  通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为0.4%。为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原则:在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量,有资料已提出:在钢抗拉强度达1550MPa以上时,含C量在0.3%-0.4%为宜。H13钢的强度Rm,有文献介绍为1503.1MPa(46HRC时)和1937.5MPa(51HRC时)。查阅FORD和GM公司资料推荐的TQ-1、Dievar和ADC3等钢中的含C量都为0.39%和0.38%等,相应的韧度指标等列于表1,其理由可由此管窥所及。H13模具钢材料分析,对要求更高强度的热作模具钢,采用的方法是在H13钢成分的基础上提高Mo含量或提高含碳量,这将在后面还会论及,当然韧度和塑性的略为降低是可以预料的。

  2.2 铬: 铬是合金工具钢中最普遍含有的和价廉的合金元素。在美国H型热作模具钢中含Cr量在2%~12%范围。在我国合金工具钢(GB/T1299)的37个钢号中,除8CrSi和9Mn2V外都含有Cr。

  H13模具钢材料分析,铬对钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度和淬透性都有有利的影响,同时它溶入基体中会显著改善钢的耐蚀性能,在H13钢中含Cr和Si会使氧化膜致密来提高钢的抗氧化性。再则以Cr对0.3C-1Mn钢回火性能的作用来分析,加入﹤6% Cr对提高钢回火抗力是有利的,但未能构成二次硬化;当含Cr﹥6%的钢淬火后在550℃回火会出现二次硬化效应。

  人们对热作钢模具钢一般选5%铬的加入量。工具钢中的铬一部分溶入钢中起固溶强化作用,另一部分与碳结合,按含铬量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在,从而来影响钢的性能。另外还要考虑合金元素的交互作用影响,如当钢中含铬、钼和钒时,Cr>3%[14]时,Cr能阻止V4C3的生成和推迟Mo2C的共格析出,V4C3和Mo2C是提高钢材的高温强度和抗回火性的强化相[14],这种交互作用提高该钢耐热变形性能。铬溶入钢奥氏体中增加钢的淬透性。

  Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si﹑Ni都与Cr一样是增加钢淬透性的合金元素。人们习惯用淬透性因子加以表征,一般国内现有资料[15]还只应用Grossmann等的资料,后来Moser和Legat[16,22]的更进一步工作提出由含C量和奥氏体晶粒度决定基本淬透性直径Dic和合金元素含量确定的淬透性因子(示于图3中)来计算合金钢的理想临界直径Di,也可从下式作近似计算:  Di=Dic×2.21Mn×1.40Si×2.13Cr×3.275Mo×1.47Ni (1)  (1)式中各合金元素以质量百分数表示。由该式,人们对Cr﹑Mn﹑Mo﹑Si和Ni元素影响钢淬透性有相当明确的半定量了解。Cr对钢共析点的影响,它和Mn大致相似,在约5%的含铬量时,共析点的含C量降到0.5%左右。

  另外Si﹑W﹑Mo﹑V﹑Ti的加入更显著降低共析点含C量。为此可以知道:热作模具钢和高速钢一样属于过共析钢。共析含C量的降低,将增加奥氏体化后组织中和最后组织中的合金碳化物含量。钢中合金C化物的行为与其自身的稳定性有关,实际上,合金C化物的结构、稳定性与相应C化物形成元素的d电子壳层和S电子壳层的电子欠缺程度相关[17]。随着电子欠缺程度下降,金属原子半径随之减小,碳和金属元素的原子半径比rc/rm增加,合金C化物由间隙相向间隙化合物变化,C化物的稳定性减弱,其相应熔化温度和在A中溶解温度降低,其生成自由能的绝对值减小,相应的硬度值下降。具有面心立方点阵的VC碳化物,稳定性高,约在900~950℃温度开始溶解,在1100℃以上开始大量溶解(溶解终结温度为1413℃)[17];它在500~700℃回火过程中析出,不易聚集长大,能作为钢中强化相。

  硬度分析-H13模具钢材料分析

  钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度,按钢中含碳量与淬火钢硬度的关系曲线可以知道,H13模具钢淬火硬度在55HRC左右。对工具钢而言,钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。H13模具钢材料分析另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热作模具钢,这种合金碳化物除少量残留的以外,还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象。从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织来决定热作模具钢的性能。由此可见,钢中的含C量不能太低。

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