H13模具鋼的綜合性能的提升

H13鋼以其高的淬透性、強韌性和熱疲勞性能在國內外得到廣泛的應用,用于制作熱擠壓模、鋁合金壓鑄模、熱鍛模等,是當前世界范圍內使用最廣泛的熱作模具鋼之一。
H13鋼在服役過程中必須承受很大的沖擊力和較大的摩擦、磨損、塑性變形、熱疲勞、機械性破壞,因此,要求H13鋼具有抵抗這些現象的特性。與進口H13鋼相比,國產H13鋼仍然存在很多不足,帶狀偏析較為嚴重,模具在使用過程中過早的出現龜裂,使用壽命不高,橫向沖擊韌性較低等。由此提高H13鋼的等向性研究具有重要意義。

在鋼的化學成分不變的情況下,熱處理過程是改變它們的組織和結構的最有效方法。對于H13鋼,從原始的鑄態組織枝晶偏析到可以供貨的均勻球化珠光體組織,其組織演變是個復雜的過程。通過高溫擴散可以改善H13鋼組織中合金元素偏析情況,同時H13鋼鑄錠中存在孔洞型缺陷會減弱高溫擴散效果,采用高溫擴散前鍛造技術對H13鋼進行預處理,可以消除這些孔洞缺陷,從而加強高溫擴散效果。高溫擴散后配合超細化工藝,細化晶粒,同時為隨后的等溫球化過程提供良好的組織準備,良好的球化組織可以提高淬、回火后H13鋼的韌性。

本文通過光學金相顯微鏡、SEM、TEM、能譜分析、相分析等試驗方法,研究了高溫擴散對H13鋼中元素偏析、球化組織的影響,并由此比較高溫擴散對H13鋼最終淬、回火態沖擊韌性的影響,借助Thermo-calc熱力學計算軟件探索了淬、回火態試樣碳化物析出長大規律,優化H13鋼的強韌化熱處理工藝,以指導實際生產。

本研究以非真空感應爐冶煉+電渣重熔(ESR)生產的H13鋼錠為實驗原材料,通過分析,主要得出以下結論：
鑄態H13鋼組織為粒狀珠光體,心部枝晶偏析較嚴重,共晶碳化物較多,元素偏析嚴重,且存在部分孔洞型缺陷。通過1260℃×8h的高溫擴散處理基本消除元素偏析,減輕了帶狀偏析,為等溫退火做了良好的組織準備。