高温扩散-超细化H13模具钢的组织和性能

表ｌ试验ｍ３模具钢的化学成分／％
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表２非高温扩散－超细化（Ａ）和高温扩散－超细化处理（Ｂ）
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第２９卷第３期 ２００８年６月
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Ｖ０１．２９．Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ ２００８·６３·
·组织和性能·
高温扩散．超细化Ｈ１３模具钢的组织和性能
李凤艳１·２马党参２陈再枝２刘建华２ 雍岐龙１。康卓１·２
（１昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明６５００９３；２钢铁研究总院结构材料研究所，北京１０００８１）
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图ｌ Ｈ１３模具钢铸态组织
部分溶解，而大颗Ｆ殛】＿０。二’吼孟忑’掣耋：蔷＝ｍ３
·６４·
特殊钢
第２９卷
图２ Ｈ１３模具钢材碳化物形貌，ＳＥＭ：（ａ）一非高温扩散－超细化，退火；（ｂ）－非高温扩散－超细化，淬、回火；（ｃ）．高温扩散超细化处理，退
火；（ｄ）一高温扩散一超细化处理，淬、回火
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细小，共晶碳化物基本溶解，成分偏析明显改善。 ２．４试样冲击、拉伸试验分析
摘要测试和分析结果表明：非高温扩散．超细化的Ｈ１３（４ｃｒ５Ｍｏｓｉｖｌ）钢材存在大块状的共晶碳化物，带状 偏析严重，钢的横向冲击韧性较差；而经过合理的高温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢材，共晶碳化物基本消失，带状 偏析和组织均匀性明显改善，显著提高钢的横向冲击韧性。
关键词热作模具钢超细化组织碳化物性能
表２、表３分别为Ｈ１３钢退火及淬、回火态冲击 和拉伸性能。从表２的数据可以看出，退火态非高 温扩散一超细化的Ｈ１３钢横向冲击功较经高温扩散 和超细化处理的Ｈ１３钢稍低．但非高温扩散一超细化 的Ｈ１３钢纵向冲击功高于经高温扩散和超细化处 理的Ｈ１３钢，可能由于带状偏析引起。淬、回火态 经高温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢的横向冲击功 明显高于非高温扩散一超细化的Ｈ１３钢，经高温扩散 和超细化处理的Ｈ１３钢纵向冲击功稍高于非高温 扩散一超细化的Ｈ１３钢。非高温扩散一超细化的Ｈ１３ 钢退火态心部冲击韧性横纵比仅为４７．６９％，而经 过高温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢退火态心部冲 击韧性横纵比为６５．８５％，较非高温扩散．超细化的 Ｈ１３钢提高３８．０８％；非高温扩散－超细化的Ｈ１３钢 淬、回火态心部冲击韧性横纵比仅为２６．９０％，而经 过高温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢淬、回火态心部 冲击韧性横纵比为５５．００％，较非高温扩散．超细化 的Ｈ１３钢提高１０４．４６％；可见高温扩散和超细化处 理后组织均匀性的改善和夹杂物形态的变化对提
由扫描电镜分析可知，非高温扩散．超细化的 Ｈ１３钢材退火态中主要存在大块状和长条状分布的 富钒共晶碳化物（图２ａ），可能是Ｍ（Ｖ）Ｃ型，ＶＣ的 溶解温度是１１００—１１５０℃，在晶界聚集析出，钼和 铬的碳化物基本 溶解。本试验淬 火温度在１ ０００一 １ ０５０℃，对于非 高温扩散．超细化 的Ｈ１３钢，淬、回
万方数据
第３期
李凤艳等：高温扩散．超细化Ｈ１３模具钢的组织和性能
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图４ Ｈ１３模具钢的组织形貌：（ａ）．非高温扩散．超细化，退火；（ｂ）．高温扩散．超细化处理，退火；（ｃ）．非高温扩散．超细化，淬回火；（ｄ）． 高温扩散－超细化处理．淬回火
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表３非高温扩散－超细化（Ａ）和高温扩散－超细化处理（Ｂ）
的退火、淬－回火Ｈ１３模具钢的拉伸性能
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万方数据
火。由于Ａ、Ｂ钢锭的化学成分基本相同，故对以后 的试验及试验结果的影响可以不予考虑。
２试验结果分析
２．１共晶碳化物的溶解 Ｈ１３钢在铸造过程中碳及合金元素严重偏析，
钢锭凝固后期出现共晶碳化物（图１），共晶碳化物 一旦形成大块状，并排列成链或堆集成带和网状，会 促使模具早期失效。因此消除共晶碳化物对提高 Ｈ１３钢的质量十分重要，可以通过高温长时间扩散 处理加以改善或消除。
ｌ试验材料
试验材料为非真空感应炉（２ ｔ）冶炼＋电渣重
熔（ＥＳＲ）生产的Ｈ１３钢锭，钢锭头部直径１３５衄， 尾部直径１５０咖，总长度４５０ ｍｍ。化学成分如表ｌ
所示。选取２支钢锭进行试验，其中Ａ钢锭经１１６０ ℃加热锻造成伽ｏ ｌ姗后，８８０—７６０℃等温退火；Ｂ 钢锭经高温扩散处理，然后经１１６０℃加热锻造成 研０ ｍｍ试样，超细化处理后８８０—７６０℃等温退
２４．１ ２８．６
７．４ １１．１
５８．５
５５．６ ６７．０
２６．１ ４８．２
高Ｈ１３钢材的等向性，特别是横向冲击韧性起到了 关键性的作用。Ｈ１３钢退火态及淬、回火态的拉伸 性能可以看出，经高温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢 的断后伸长率最高可达２８．６％，断面收缩率高达 ６７．０％，塑性指标提高，但是提高很少，其原因尚待 深入分析研究。 ３结论
Ｈ１３（４Ｃ１５ＭｏｓｉＶｌ）模具钢以其高的淬透性、淬 硬性、强韧性和热疲劳抗力在国内外得到广泛的应 用，用于制作热挤压模、铝合金压铸模、热锻模、塑料 模等，是当前世界范围内使用最广泛的热作模具钢 之一…。本试验用高温扩散和超细化处理，通过细 化组织、消除或减轻共晶碳化物、改善带状偏析等来 提高Ｈ１３钢材心部等向性能。
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状态编号方向棼麓嚣榜爨
退火 忿
淬、回
一 纵向 纵向
６６３
６８５ ６６９
ｌ ５７０ ｌ ５９０
３５８
３８３ ３５６
１ ３５８ １ ３７２
２８．９
样就形成了黑白相间的偏析带，造成了力学性能尤 其是塑性和韧性的降低。而经过高温扩散处理和超 细化处理的Ｈ１３钢材（图３ｃ），带状偏析虽然没有完 全消除，但明显得以改善。
由图４（ａ）（ｂ）可看出，退火态组织为由碳化物 球化而获得的粒状珠光体，碳化物呈粒状分布在铁 索体中。与片状珠光体比较，粒状珠光体的硬度较 低，硬度均＜２３５ＨＢ，其周围的应力场为球形对称， 对基体的损害较小，因而含粒状珠光体的组织比含 片状珠光体的组织具有较优越的拉伸性能特别是均 匀塑性心Ｊ。非高温扩散．超细化的Ｈ１３钢材珠光体 颗粒粗大，不够均匀，力学性能偏低；而经过高温扩 散处理和超细化处理的Ｈ１３钢材粒状珠光体均匀 细小的分布在铁素体基体中，力学性能明显提高。 ２．３钢材淬、回火组织分析
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由图４（ｃ）（ｄ）淬、回火态横向金相组织可以看 出，非高温扩散一超细化的Ｈ１３钢材淬、回火态组织 分布不均匀，存在共晶碳化物和成分偏析；而经过高 温扩散和超细化处理的Ｈ１３钢材淬、回火组织均匀
图３不同状态Ｈ１３模具钢的偏析：（ａ）．铸态；（ｂ）．锻造，退火；（ｃ）．高温扩散．超细化处理，退火
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