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            H13模具鋼熱處理工藝和組織-等溫轉變曲線_連續冷卻曲線_淬火回火后的組織

            H13模具鋼熱處理工藝和組織-等溫轉變曲線_連續冷卻曲線_淬火回火后的組織

            H13模具鋼熱處理工藝和組織
            等溫轉變曲線、連續冷卻曲線
            H13模具鋼淬火、回火后的組織



            H13原是美國的一個熱作模具鋼鋼種,在我國稱為4Cr5MoSiV1,簡稱:國產H13,它是目前應用最廣泛的一種熱作模具鋼。H13鋼之所以被廣泛應用,是因為它具有高的淬透性、高的韌性、良好的切削加工性能、熱處理變形小、在較高溫度下具有抗軟化能力,H13鋼具有優良的抗熱裂能力,在工作場合可予以水冷。以下是東莞市弘超模具科技有限公司技術中心整理編輯的有關國產H13模具鋼的熱處理工藝和組織(包括:等溫轉變曲線、連續冷卻曲線以及淬火、回火后的組織)。
            國產H13(4Cr5MoSiV1)模具鋼的等溫轉變曲線如上面題圖所示(試驗鋼的化學成分為:WC=0.40%,WMn=0.40%,WSi=1.50%,WCr=5.00%,WMo=1.35%,WV=1.10%)。國產H13模具鋼的連續冷卻曲線分別如下圖所示(圖中Ar為殘留奧氏體量)。
            國產H13模具鋼的連續冷卻曲線圖

            國產H13模具鋼經高溫加熱奧氏體化后,在800℃左右緩冷,有二次碳化物沿晶析出。過冷奧氏體在400℃~600℃極為穩定,可以在這個溫區分級淬火,分級淬火溫度宜取下限溫度。加熱溫度低,冷卻速度慢時,還會在淬火組織中出現貝氏體。淬火加熱溫度超過1070℃后,直徑為200mm的工件油冷淬火時一般不會出現貝氏體。
            國產H13模具鋼中的碳化物大部分是M23C6型鉻的碳化物,還有少量是MC型碳化物。將鋼加熱到1050℃~1070℃時,M23C6碳化物急劇溶解,加熱到1100℃時基本溶完,因此最佳奧氏體化溫度應選擇在1020℃~1080℃溫區為宜。從1070℃加熱開始,奧氏體晶粒將明顯長大。
            弘超研究表明,對于要求熱硬性為主的模具,應選取1050℃~1080℃加熱,油冷淬火后硬度可達54~57HRC,晶粒度為9級左右。組織為細針馬氏體+未溶碳化物+殘留奧氏體,馬氏體針長為1.5~2級,未溶碳化物呈點狀,數量不多,有時有塊狀或顆粒狀亞穩定共晶碳化物,組織見下面左圖所示。
            國產H13模具鋼經1080℃加熱、油冷淬火后的組織圖  國產H13模具鋼經1100℃加熱、油冷淬火后的組織圖

            弘超實際應用證明,對于要求韌性較好的模具,可選取1020℃~1050℃加熱,油冷淬火后硬度為53~56 HRC,晶粒度為9~10級左右,組織為細針和隱針馬氏體+來溶碳化物+殘留奧氏體,馬氏體針長為l級左右,碳化物較多,但仍呈點狀。在特殊情況下,可選取1100℃加熱,油冷淬火后硬度可達58HRC左右,此時到達淬火硬度的極大值,晶粒已長大到8級左右,晶粒界清晰可見,馬氏體針長達4級左右,并成排分布,碳化物數量已很少,組織如上面右圖所示。

            淬火加熱應先經兩次預熱,冷卻可采用空冷、油冷,也可采用分級冷卻。分級冷卻的分級溫度最好選擇低些,例如350℃~500℃,也有選擇在500℃~560℃分級的??绽浠蛟?00℃以上分級冷卻容易使過飽和奧氏體在冷卻過程中析出碳化物,而在模具中心出現較多的貝氏體,在高溫回火時出現貝氏體脆性,這兩種后果都可使模具變脆,在作模具失效分析時上述兩項是必檢內容。
            國產H13模具鋼的回火溫度以高于500℃、低于650℃為宜。530℃回火的組織為回火馬氏體+回火屈氏體,仍保持針狀形態,如下面左圖所示(經1050℃加熱、油冷淬火、530℃回火后的組織,回火兩次1.5h)。
            國產H13模具鋼經1050℃加熱、油冷淬火、530℃回火后的組織圖(回火兩次1.5h)  國產H13模具鋼經1050℃加熱、油冷淬火、630℃回火后的組織圖(回火兩次1.5h)

            國產H13模具鋼經630℃回火后的組織為回火屈氏體+回火索氏體,針狀形態基本消失,組織如上面右圖所示(經1050℃加熱、油冷淬火、630℃回火后的組織,回火兩次1.5h)。在500℃回火時,出現回火二次硬化峰,回火硬度最高,峰值為55 HRC左右,但韌性最差。因此,回火工藝以及低溫化學熱處理,都要避開500℃左右,而在550℃~650℃回火比較適宜,回火應進行兩次。

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            資料來源:東莞市弘超模具科技有限公司技術中心
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