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S136_S136模具鋼

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    熱作模具鋼QR090與8407回火穩定性對比

      
    發布時間:2022年10月17日 來源:S136模具鋼 作者:蘇州S136 點擊:
      

      熱作(zuo)模具鋼(gang)QR090與8407回火(huo)穩定性(xing)對比(bi)

      通過TEM顯(xian)微組織(zhi)來(lai)對比(bi)、分析QR090鋼(gang)具有比(bi)8407鋼(gang)更佳(jia)回(hui)火穩定性的原因。結果表明:采用1050℃油淬、650℃×2h的相同處理后(hou),發(fa)現(xian)QR090鋼(gang)中由(you)于馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)分解及(ji)殘余奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)轉變的推遲,尚存在(zai)(zai)高(gao)位(wei)(wei)錯密度的馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)板條(tiao)(tiao)及(ji)條(tiao)(tiao)間殘余奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti),在(zai)(zai)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)板條(tiao)(tiao)內(nei)有很多彌散、細小的MC及(ji)M2C合金碳(tan)化物分布在(zai)(zai)位(wei)(wei)錯線(區)內(nei),正(zheng)是這(zhe)種(zhong)組織(zhi)賦予了QR090鋼(gang)更佳(jia)的回(hui)火穩定性。

      1 前言

      回火穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing)是熱(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)主要性(xing)(xing)能(neng)(neng)之(zhi)一(yi),它(ta)反映了模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)在(zai)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)(zuo)溫度(du)下抵抗(kang)(kang)軟化的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li),它(ta)關(guan)系(xi)到(dao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫硬度(du)、高(gao)(gao)溫強(qiang)度(du)及(ji)(ji)熱(re)疲勞(lao)抗(kang)(kang)力(li)(li)等(deng)等(deng)。提高(gao)(gao)回火穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing)有助于(yu)延長模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)使用壽命。8407(H13)鋼(gang)(gang)是一(yi)種在(zai)國外使用較廣泛的(de)(de)(de)(de)5%Cr系(xi)熱(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang),這種空淬(cui)熱(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)、回火穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing)、良好的(de)(de)(de)(de)韌性(xing)(xing)及(ji)(ji)熱(re)疲勞(lao)抗(kang)(kang)力(li)(li)[1][2]。但隨(sui)著(zhu)熱(re)鍛(duan)、熱(re)擠壓及(ji)(ji)壓鑄(zhu)技術的(de)(de)(de)(de)不(bu)斷開發,工作(zuo)(zuo)(zuo)頻(pin)率增快(kuai),工作(zuo)(zuo)(zuo)溫度(du)升高(gao)(gao),使模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)服(fu)役條件日趨(qu)苛(ke)刻,對模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)要求也隨(sui)之(zhi)提高(gao)(gao),8407已不(bu)能(neng)(neng)適應這些新的(de)(de)(de)(de)變化。為此,瑞典Uddeholm公司于(yu)80年代末開發出(chu)新一(yi)代Cr-Mo系(xi)熱(re)作(zuo)(zuo)(zuo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)QR090鋼(gang)(gang),它(ta)與8407鋼(gang)(gang)相比,降低(di)了Cr、Si含量,提高(gao)(gao)了Mo含量,雖然QR090鋼(gang)(gang)中合金元素總含量低(di)于(yu)8407鋼(gang)(gang),但其(qi)綜(zong)合機械性(xing)(xing)能(neng)(neng)如屈服(fu)強(qiang)度(du)、韌性(xing)(xing)及(ji)(ji)熱(re)疲勞(lao)抗(kang)(kang)力(li)(li)等(deng)優于(yu)8407鋼(gang)(gang)。有關(guan)QR090鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)特點(dian)及(ji)(ji)應用已有報導[1-4],但有關(guan)QR090鋼(gang)(gang)成分―顯微組(zu)織―性(xing)(xing)能(neng)(neng)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關(guan)系(xi)還研究得(de)很少[5],本文主要探討QR090鋼(gang)(gang)回火穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing)優于(yu)8407鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)微觀原因。

      2 實驗方法及步驟

      2.1 實驗用材料(liao)

      本文(wen)選用瑞典(dian)ASSAB公司生產的商品熱作模具鋼QR090與8407作試驗(yan)材(cai)料(liao),其化學成分列于(yu)下(xia)頁表1。

      2.2 測定回(hui)火(huo)曲線(回(hui)火(huo)溫度―硬度關(guan)系)

      *為瑞典ASSAB公司熱作模具鋼牌號

      試樣尺寸為(wei)10mm×15mm×18mm,采(cai)用1050℃加熱油淬,再分(fen)別在200℃、400℃、480℃、520℃、590℃、620℃、650℃回火2h,然后測定硬度(洛氏(shi)硬度)。

      2.3 投(tou)射電鏡TEM組織分析(xi)

      TEM試(shi)樣制(zhi)備:將經過1050℃油淬,650℃回(hui)火2h的(de)(de)試(shi)樣,線切割至0.3mm厚(hou)度的(de)(de)薄片,手工磨(mo)薄至50-70μm,沖(chong)成直徑(jing)3mm的(de)(de)小(xiao)圓片,最后進(jin)行雙噴(pen)電(dian)解(jie)(jie)拋(pao)光(guang),電(dian)解(jie)(jie)拋(pao)光(guang)液的(de)(de)成分為:5%高氯(lv)酸(suan)+無水(shui)究酒(jiu)精,拋(pao)光(guang)電(dian)壓維(wei)持在50-55V,電(dian)流85-90mA,電(dian)解(jie)(jie)溫度為-35―30℃。在JEM-100CX投射電(dian)鏡上(shang)對(dui)制(zhi)成的(de)(de)TEM試(shi)樣進(jin)行觀察(cha)及(ji)攝照。

      熱作模具鋼QR090與8407回(hui)火穩(wen)定性對比(bi)

      3.2 TEM組織分析

      圖(tu)2、3(略(lve))是8407鋼(gang)與QR090鋼(gang)經(jing)1050℃油淬(cui)650℃回(hui)(hui)(hui)(hui)火(huo)后(hou)的(de)投射電鏡照片,從圖(tu)中可(ke)見,二者(zhe)有(you)明顯(xian)的(de)的(de)差別(bie)。圖(tu)2(略(lve))顯(xian)示8407鋼(gang)經(jing)650℃回(hui)(hui)(hui)(hui)火(huo)后(hou),回(hui)(hui)(hui)(hui)火(huo)組織中的(de)板條馬氏體(ti)已消失,由(you)于(yu)(yu)回(hui)(hui)(hui)(hui)復(fu)α相(xiang)(xiang)內(nei)的(de)位錯(cuo)密(mi)度明顯(xian)降低重新排列(lie)成二維位錯(cuo)網絡,將(jiang)α相(xiang)(xiang)分割為壓(ya)晶,還有(you)一些已發生再結(jie)晶,位錯(cuo)密(mi)度十分低的(de)α晶粒。此外,條狀M3C已全部分解,形成較粗大的(de)M23C6合(he)金(jin)碳(tan)化(hua)物。而QR090鋼(gang)經(jing)650℃回(hui)(hui)(hui)(hui)火(huo)后(hou),由(you)于(yu)(yu)馬氏體(ti)分解,殘余奧(ao)氏體(ti)轉變及α相(xiang)(xiang)回(hui)(hui)(hui)(hui)復(fu),再結(jie)晶的(de)推遲(chi),因此回(hui)(hui)(hui)(hui)火(huo)組織中仍可(ke)清晰地觀察(cha)到馬氏體(ti)板條、板條內(nei)有(you)高密(mi)度位錯(cuo),很多細小MC及M2C合(he)金(jin)碳(tan)化(hua)物彌散地析出于(yu)(yu)位錯(cuo)線(區)(圖(tu)3(略(lve))),在馬氏體(ti)板條間(jian)還有(you)條間(jian)殘余奧(ao)氏體(ti)(圖(tu)4(略(lve)))。

      4 分析與討論(lun)

      1)QR090鋼與8407鋼相比(bi),降(jiang)低(di)了(le)含(han)Cr量,提(ti)高(gao)(gao)了(le)含(han)Mo量,可有效地提(ti)高(gao)(gao)在高(gao)(gao)溫回(hui)火階段的回(hui)火穩定性,并賦予QR090鋼以更(geng)高(gao)(gao)熱(re)(re)強性、熱(re)(re)疲(pi)勞抗力,可以使用于工作溫度更(geng)高(gao)(gao)、負荷更(geng)大,頻率更(geng)快的熱(re)(re)作模具,它(ta)是(shi)比(bi)5%Cr系8407(H13)鋼性能檔次更(geng)高(gao)(gao)的熱(re)(re)作模具鋼。

      2)8407(H13)鋼含5%Cr,是(shi)以Cr為(wei)(wei)主(zhu)要合(he)金(jin)元素的熱(re)作模具鋼,經淬火650℃高(gao)溫回火后,馬(ma)氏體(ti)已(yi)分解完(wan)畢,α相發生回復、再結(jie)晶,馬(ma)氏體(ti)板(ban)條消失,析出(chu)的主(zhu)要是(shi)M23C6特殊(shu)碳(tan)化物,它(ta)是(shi)通過(guo)原位轉變(bian)而形成。即先形成亞穩(wen)定(FeCr)3C,在回火過(guo)程中Cr向(xiang)(FeCr)3C富集(ji),逐步轉變(bian)為(wei)(wei)(FeCr)7C,Cr再進一步富集(ji),則轉變(bian)為(wei)(wei)(FeCr)23C6,,因此,(FeCr)23C6碳(tan)化物一般較粗大,且M23C6的穩(wen)定性(xing)低、易聚集(ji)長(chang)大,回火穩(wen)定性(xing)作用較弱[6]。

      3)與(yu)(yu)8407鋼(gang)(gang)相比,QR090鋼(gang)(gang)中由(you)于(yu)含(han)(han)Cr量降低,含(han)(han)Mo量升高,因此高溫回火(huo)時形成(cheng)更多(duo)MC,M2C,其形成(cheng)途徑是獨立形核長大(da),即(ji)直接從(cong)α相中析(xi)出MC、M2C特殊碳(tan)(tan)化物(wu),同(tong)時伴有合金滲碳(tan)(tan)體(ti)M3C的溶解(jie),由(you)于(yu)Mo、V等元(yuan)素(su)擴散(san)能力很低,新(xin)形成(cheng)的碳(tan)(tan)化物(wu)彌散(san)度很高,析(xi)出于(yu)位(wei)錯(cuo)區且不易聚(ju)集。Mo、V等元(yuan)素(su)推遲了(le)淬火(huo)鋼(gang)(gang)馬(ma)氏體(ti)分解(jie)及殘余(yu)奧(ao)氏體(ti)轉變,高度彌散(san)的合金碳(tan)(tan)化物(wu)MC、M3C析(xi)出于(yu)位(wei)錯(cuo)線(區),又與(yu)(yu)α相保(bao)持共格(ge)聯(lian)系,阻(zu)礙了(le)α相的回復(fu)與(yu)(yu)再結晶,因而(er)在QR090鋼(gang)(gang)650℃的回火(huo)組(zu)織中仍能觀(guan)察到高位(wei)錯(cuo)的板條馬(ma)氏體(ti)及條間(jian)殘余(yu)奧(ao)氏體(ti)。上(shang)述組(zu)織狀態具有高的回火(huo)穩(wen)定(ding)性[7]。

      綜上分(fen)析,可見(jian)與8407鋼相比(bi),由(you)于QR090鋼在合(he)金設計時,優化(hua)了(le)合(he)金元(yuan)素(su)的(de)配比(bi),使(shi)碳(tan)和(he)碳(tan)化(hua)物(wu)形成(cheng)元(yuan)素(su)(Cr、Mo、V)得到平衡,產生一種很有效且穩定(ding)(ding)的(de)沉淀硬化(hua)相(主要由(you)MC、M2C所組成(cheng)),這種回火(huo)組織賦予了(le)它高的(de)回火(huo)穩定(ding)(ding)性。

      5 結論(lun)

      1)QR090鋼(gang)與8407鋼(gang)回火曲線對(dui)比表明:QR090鋼(gang)二(er)(er)次硬化(hua)峰值硬度低于(yu)8407鋼(gang),但(dan)其二(er)(er)次硬化(hua)峰值的溫度較高,而高于(yu)二(er)(er)次硬化(hua)峰溫度回火時硬度下降(jiang)卻(que)較緩慢,當(dang)回火溫度高于(yu)600℃時,其硬度高于(yu)8407鋼(gang)。因(yin)此(ci),在高溫回火階段,它的回火穩定性優于(yu)8407鋼(gang)。

      2)對回火穩定性起主要作(zuo)用的(de)(de)是彌散細小的(de)(de)合(he)金(jin)碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)MC、M2C,在QR090鋼650℃回火組(zu)織中的(de)(de)板條馬氏(shi)體內仍(reng)有彌散分(fen)布的(de)(de)細小碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)MC、M2C,而在8407鋼的(de)(de)回火組(zu)織卻只有較(jiao)粗大的(de)(de)M23C6碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)。

      3)在QR090鋼(gang)(gang)650℃回火組織中(zhong)仍可(ke)觀察到高位錯(cuo)密度的板(ban)條(tiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)及條(tiao)間(jian)(jian)殘(can)余(yu)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti),而(er)在8407鋼(gang)(gang)中(zhong)卻已無板(ban)條(tiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和條(tiao)間(jian)(jian)殘(can)余(yu)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti),這(zhe)表明QR090鋼(gang)(gang)的合金元素優化配比,大大延遲(chi)了板(ban)條(tiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)分解、殘(can)余(yu)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變以及α相的回復、再結晶,從而(er)抑(yi)制了鋼(gang)(gang)硬(ying)度、強度的降低(di),增高了鋼(gang)(gang)的回火穩定性。

      熱作模具鋼QR090與8407回火穩定性對比

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