隨著制造工藝技術的迅速發展,越來越多的零件采用熱擠壓、熱鍛等熱加工工藝進行成型。相關模具不但要與高溫金屬相接觸,同時還需要在高溫下承受擠壓,沖擊等載荷的作用,這就要求熱作模具材料在高溫下具有良好的抗壓性能。
3Cr2W8V鋼是我國傳統的高熱強型熱作模具鋼,因有較高的紅硬性和熱穩定性而廣泛應用於黑色金屬和有色金屬的擠壓模具。此外,鉻系熱作模具鋼H13也有廣泛應用,其具有良好的綜合力學性能。4Cr2Mo2W2V熱作模具鋼是新一代的熱作模具鋼,其合金配比是在H13鋼的基礎上降低瞭鉻、矽元素的含量,加入瞭強碳化物形成元素鎢;相較於3Cr2W8V鋼,降低瞭鎢含量,提高瞭鉬、釩元素的含量;其錳含量明顯高於另外兩種鋼的。目前有關其性能,特別是高溫性能的報道並不多見,為此,研究人員通過高溫壓縮試驗,研究瞭該鋼的高溫抗壓性能,並與H13鋼和3Cr2W8V鋼進行瞭對比,探討瞭材料組織對其高溫抗壓性能的影響。
試驗用鋼H13、3Cr2W8V、4Cr2Mo2W2V均采用電渣重熔冶煉,化學成分如表1所示。取其860℃退火鋼錠,用線切割機加工出φ7mm×10.5mm試樣備用。
表1試驗用鋼的化學成分(質量分數)
鋼號 | C | S | Mn | Cr | Mo | V | W | Fe |
H13 | 0.38 | 0.95 | 0.35 | 5.33 | 1.41 | 0.99 | - | 餘 |
3Cr2W8V | 0.37 | 0.24 | 0.25 | 2.50 | 0.13 | 0.27 | 7.90 | 餘 |
4Cr2Mo2W2V | 0.40 | 0.24 | 1.09 | 2.40 | 1.69 | 0.99 | 1.65 | 餘 |
將H13、3Cr2W8V、4Cr2Mo2W2V鋼在真空淬火爐和SX2型箱式電阻爐中分別進行真空淬火和回火處理,工藝參數:1020℃淬火+580℃×2h回火(2次)、1050℃淬火+560℃×2h回火(2次)、1050℃淬火+600℃×2h回火(2次),熱處理後獲得相同硬度(約50HRC)的試樣。
采用Gleeble-3500型熱模擬試驗機進行高溫抗壓試驗,以獲得應力-應變曲線。試驗溫度為620,650,700℃,以5℃/s的速率加熱,壓縮速度為1mm/s。采用EG-UHT型內耗機,在自由衰減模式下對試樣進行彈性模量測試,測試溫度范圍為室溫~700℃。利用JEM-200CX型高分辨透射電鏡(HRTEM)對淬回火的4Cr2Mo2W2V鋼組織進行分析,觀察碳化物析出形態、大小及分佈等;對碳化物進行能譜分析以及衍射花樣標定。
結果表明:在較高溫度下(700℃),4Cr2Mo2W2V鋼的彈性模量和高溫抗壓性能都高於3Cr2W8V鋼和H13鋼的;淬回火後,該鋼的馬氏體板條細小,組織中隻存在較多細小的MC型碳化物,錳和鉻元素大部分都溶入瞭基體中,提高瞭固溶強化作用,有效增強瞭高溫抗壓性能。
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