H13热作模具钢热处理工艺研究

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及拉伸试验等设备研究了不同淬火温度和回火温度对H13热作模具钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过进行二次回火处理,并适当降低回火温度,可以有效地析出更多细小、弥散分布的碳化物,并充分释放淬火应力。H13热作模具钢的硬度和强韧性得到了显著提升。在淬火温度为1 000℃、回火温度为520℃进行二次回火时的力学性能较好,回火马氏体尺寸较小,组织分布更均匀。此条件下的硬度为487 HV,抗拉强度可达到1 779 MPa,伸长率为11.5%。通过拉伸断口形貌的分析可看出,经过回火工艺处理后的样品断口呈现出大量的韧窝,其断裂特征表现为典型的韧性断裂。此外,还对H13钢在520~600℃回火过程中的软化行为进行了动力学建模。

La处理对H13热作模具钢中夹杂物的影响

采用真空感应炉熔炼H13模具钢,在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭,研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明,La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果,随La含量的提高,夹杂物的数量呈上升趋势,夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时,H13钢中夹杂物主要为Al_(2)O_(3)和MnS;当H13钢中w[La]为0.016%时,钢中夹杂物以La_(2)O_(2)S为主;当w[La]为0.045%和0.073%时,钢中夹杂物主要为LaP和La_(2)O_(2)S。热力学计算表明,在1600℃下钢液中,La处理后夹杂物的转变过程为Al_(2)O_(3)→LaAlO_(3)→La_(2)O_(2)S。在凝固过程中,钢液中首先析出La_(2)S_(3),当温度继续降低,LaP开始在La_(2)S_(3)和La_(2)O_(2)S表面析出,最终形成复合夹杂物La_(2)O_(2)S-LaP和La_(2)S_(3)-LaP。

H13热作模具钢的真空热处理

介绍了H13热作模具钢选用真空退火、真空油淬、真空气淬、真空回火的工艺特点,推荐了一些方法和技术参数以及适用炉型。

H13热作模具钢激光表面处理后的耐磨性能分析

借助激光对H13热作模具钢进行非光滑处理,在模具钢表面形成了形态各异、间距不等的非光滑单元体,探究了单元体的形态及间距与热作模具钢耐磨性能之间的相关性。结果显示,网状非光滑试样具有最优的耐磨性能;随着单元体分布间距的缩小,试样耐磨性能随之上升。

H13热作模具钢表面等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷复合涂层研究

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备Al2O/TiO2陶瓷复合涂层。应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损实验机等研究该涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同喷涂功率制备的Al2O/TiO2陶瓷涂层均为典型的层片结构,并存在有一定的孔隙和裂纹;陶瓷涂层主要由a-Al2O3、十AI2O3和Rutile-TiO2相组成,结晶过程中部分a-Al2O3转变为7-Al2O3,且晶粒细化;涂层的显微硬度平均值为1127 HV;Al2O/TiO2陶瓷复合涂层可改善H13钢的摩擦磨损性能,且不同喷涂功率制备的涂层摩擦磨损性能相近。

H13热作模具钢焊接修复工艺研究

H13热作模具钢作为最具有代表性的热作模具钢,使用十分广泛。本文对H13钢进行介绍,分析H13模具钢内的Cr、Mo、V等主要元素对H13焊接性能的影响,并列举出电弧堆焊技术、热喷焊技术、激光填丝焊修复技术、超塑性焊接技术等在H13热作模具钢缺陷修复中的应用。

H13热作模具钢热-机械疲劳损伤和寿命的预测

采用MTS热-机械疲劳试验机测定了H13热作模具钢在200~600℃、机械应变为0.7%和0.9%的同相和反相热-机械疲劳寿命,并基于循环损伤理论采用Ostergren寿命预测模型预测了H13钢的疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明:无论是同相还是反相热-机械疲劳,其应力-应变响应曲线均明显不对称;高温半周的应力-应变响应曲线出现明显的应力松弛,且其塑性应变高于低温半周;随着循环周次的增加,H13钢的滞回能逐渐增大,机械应变增加,损伤加剧;与反相热-机械疲劳相比,H13钢的同相热-机械疲劳寿命更高。采用Ostergren寿命预测模型获得的机械应变为0.7%和0.9%的H13钢同相和反相热-机械疲劳寿命分别为323和313周次及198和194周次,均与实测值较为吻合。

H13热作模具钢纯净度研究

采用中频炉-模铸-电渣重熔-退火工艺路线，生产H13热作模具钢。研究了冶炼过程中T．[0]总含量[H]、[s]含量及大型夹杂物的变化规律。结果表明，采用该工艺生产的H13T．[0]含量为42×10 -6～56×10 -6，[H]含量为1．6×10 -6 ～3．0×10 -6，[S]含量为0．004％-0．0055％，大型夹杂物含量为1．1～2．24mg／10kg。具体研究了电渣重熔工艺对以上各参数的影响，分析产生差异的原因，并以此为实际生产提供参考。

应变幅对H13热作模具钢等温疲劳行为的影响

对H13热作模具钢试样进行600℃等温疲劳实验,通过显微维氏硬度计、金相显微镜(OM)、超景深显微镜和扫描电子显微镜(SEM)等设备研究了0.7%,0.9%和1.1%三种不同应变幅对疲劳行为的影响.结果表明:应力应变滞后回线呈现对称性,应变幅越大,滞回环面积越大.H13钢在实验中呈现循环软化的特征,应变幅越大,疲劳寿命越短,1.1%应变幅试样寿命约为0.7%应变幅试样的61.2%.应变幅的增加对裂纹萌生和扩展起促进作用,1.1%应变幅试样裂纹扩展最明显.高温非真空实验条件下,材料表面产生的氧化物也会促进裂纹扩展.疲劳后试样微观组织发生明显的长大和粗化,较大应变幅对碳化物析出有更大的助力,还会加速材料软化.有应变幅试样显微硬度远低于无应变幅试样.

H13热作模具钢稀土硼碳氮多元共渗

对H13热作模具钢稀土硼碳氮共渗工艺进行了研究,并对其共渗层的组织、硬度及耐磨性和抗氧化性进行了测试与分析,结果表明与碳氮硼共渗工艺相比,稀土硼碳氮共渗层的硬度、耐磨性和抗氧化性明显提高。稀土元素的渗入不仅提高了渗层的硬度、耐磨性和抗氧化性,并且使过渡层的硬度变化减缓,增强了基体与共渗层的结合,为共渗层提供强有力的支撑作用。

H13热作模具钢失效分析及工艺改进

结合实际生产针对H13热作模具钢分流桥根部过早出现开裂的现象进行研究,利用DeForm-3D有限元模拟软件对分流组合模的挤出过程进行数值模拟,研究了模具不同工作带长度对模具的应力场、金属流动均匀性的影响规律。研究发现,当工作带长度为6 mm、焊合室深度为12 mm时,分流桥根部等效应力最小且应力分布较均匀,坯料在下模工作带出口处的流速也较均匀。研究成果为铝型材热挤出成型用H13钢的模具合理设计提供了有效的理论参数。

H13热作模具钢脉冲电流处理及其性能研究

采用脉冲电流对退火态和回火态H13热作模具钢进行了改性处理,研究热作模具钢组织、物相、力学性能和热疲劳性能的变化。结果表明,回火态H13钢的强度和硬度高于退火态,回火+脉冲电流处理态H13钢的强度和硬度也高于退火+脉冲电流处理态的,退火态H13钢的断后伸长率要高于回火态H13钢的;经过脉冲电流处理后,H13钢的疲劳裂纹数量减少;随疲劳循环次数增加,H13钢的最长疲劳裂纹长度逐渐增加;在相同的疲劳循环次数下,不同处理状态H13热作模具钢的最长疲劳裂纹长度由长至短依次为退火态、退火+脉冲电流态、回火态以及回火+脉冲电流态;脉冲电流处理可以提高H13热作模具钢的抗热疲劳能力。

电渣重熔对H13热作模具钢成品的影响分析

简要介绍了H13热作模具钢电渣重熔的工艺流程,同时对黄石地区一些H13生产厂商的产品进行调研、取样,然后加以分析、对比,结果表明,电渣重熔既可以降低成品的杂质元素以及有害元素的含量,还可以减少夹杂物,有利于提高H13钢的合格率,延长其使用寿命。

液相等离子体碳氮共渗时间对H13热作模具钢渗层组织及性能的影响

为提高H13热作模具钢的高温抗氧化性能及硬度,采用液相等离子体电解碳氮共渗技术对H13热作模具钢进行了碳氮共渗处理,用XRD、SEM、维氏硬度计等检测手段,对模具钢共渗层的微观结构、物相组成、硬度及高温抗氧化性进行测试,研究了碳氮共渗时间对渗层组织性能的影响。结果表明,在200 V电压下,分别经3、5、7 min液相等离子体碳氮共渗后的H13热作模具钢表面形成了铁的碳化物和氮化物,渗层的相组成包括Fe、Fe_(19)Mn、CrFe_(4)、Fe_(3)C、Fe_(2-3)N。随着碳氮共渗时间的延长,熔融物颗粒越聚越多,会产生“山坡”状形貌,使其表面变得更加粗糙,渗层厚度也增加,当碳氮共渗时间为7 min时,渗层厚度最大约5.9μm。显微硬度随碳氮共渗时间的延长而升高,碳氮共渗7 min渗层的显微硬度最高达到403.13 HV0.2。H13热作模具钢经液相等离子体电解碳氮共渗后,其耐高温氧化性能显著提高。

H13及H13改进型热作模具钢热处理过程中碳化物析出演化行为研究进展

航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进钢种存在两大性能缺陷(等向性差和高温热强性低),其均与碳化物的析出演化密切相关。基于前期科研人员对不同类型碳化物析出演变规律的深入研究,本文总结了在球化退火、高温扩散退火、淬火和回火各不同热处理阶段及凝固过程中H13及其改进型热作模具钢中不同类型碳化物的析出演变机理,分析了碳化物尺寸、数量和分布对材料力学性能的影响,归纳了对材料综合性能具有负面作用的相关碳化物进行调控的措施,对后续H13及其改进型热作模具钢的合金成分优化和热处理工艺改进具有参考价值。

H13热作模具钢中液析碳化物的研究进展

从凝固偏析理论、凝固方法、生产工艺及合金设计等方面,综述了H13钢中液析碳化物的研究进展,阐明了H13钢的生产工艺对液析碳化物析出的影响.H13钢中的液析碳化物是由于凝固偏析而在枝晶间区域产生的,根据形貌的不同可分为多边形、长条形、块状及共晶的层片状;根据结构不同可分为MC型、M_6C型、M_7C_3或M_（23）C_6型;根据成分的不同可分为富Mo型、富V型和富Ti、Nb型.H13钢在服役过程中,受外力作用时会在液析碳化物处形成裂纹,严重降低材料的韧性,控制液析碳化物的数量和尺寸可以减小其危害.工业生产条件下控制H13钢中液析碳化物的主要手段有凝固控制、变质处理、铸锭高温扩散和合金成分优化等.其中凝固过程控制及变质处理可以控制液析碳化物的尺寸、数量及在凝固过程中的生成时机,但无法完全避免液析碳化物的产生.对H13钢进行合金成分优化可以改变液析碳化物的稳定性.铸锭高温扩散是控制H13钢中液析碳化物的最主要手段,但工业生产中采用的具体加热温度和保温时间有待进一步研究.

H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制

针对H13钢中大尺寸析出相的存在形式及形成机制进行研究。研究发现,H13钢中大尺寸析出相包含3类——富钒的(V,Mo,Cr,Fe)C类、富Mo-Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C类及硫化锰。富钒的(V,Mo,Cr,Fe)C类大尺寸析出相形状多呈现长条形,尺寸达数十微米,部分依附于硫化锰形核的析出相成类椭圆形;富Mo-Cr的(V,Mo,Cr,Fe)C析出相无规则形貌,钼、铬原子分数比相差不大,钒原子分数稍低。根据复合大尺寸析出相的结合形式,可以推测出大尺寸析出相的析出顺序。硫化物首先析出,富钒类(V,Mo,Cr,Fe)C相随后,富Mo-Cr类(V,Mo,Cr,Fe)C相则最后析出。结合大尺寸析出相的成分特征,Thermo-calc计算结果与试验结果一致。

锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响

采用不同的始锻温度、终锻温度和锻造比进行了H13热作模具钢试样的锻造试验,并进行了热疲劳性能和高温耐磨损性能的测试与对比分析,研究了锻造工艺参数对H13热作模具钢性能的影响。结果表明:随着始锻温度从1050℃增加至1150℃、终锻温度从825℃增加至925℃,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后变大,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后变差;当锻造比从3增加至7,H13热作模具钢的热疲劳级别和高温磨损体积均先变小、后基本不变,即其热疲劳性能和高温耐磨损性能均先变好、后基本不变。H13热作模具钢的始锻温度优选值为1125℃、终锻温度优选值为900℃、锻造比优选值为5。与始锻温度1050℃相比,1125℃始锻时,试样的热疲劳级别数值减小4级、高温磨损体积减小16×10^(-3)mm^(3);与825℃终锻相比,在900℃终锻时,试样的热疲劳级别数值减小6级、高温磨损体积减小20×10^(-3)mm^(3);与锻造比为3时相比,锻造比为5时,试样的热疲劳级别数值减小2级、高温磨损体积减小6×10^(-3)mm^(3)。

转炉连铸生产热作模具钢H13的工艺实践

介绍了鞍钢开发的热作模具钢H13的工艺流程,包括采用转炉双联冶炼、大罐合金烘烤、LF高碱度精炼渣、连铸弱二冷水控制等工艺措施。实践表明,H13钢转炉连铸连轧生产工艺可行,其成分、纯净度和低倍组织均达到了用户及NADCA#207-2003标准要求。

Mg对热作模具钢H13组织和力学性能的影响

试验钢的生产流程为2t中频感应炉-200kg电渣重熔（中180mm）-退火-镦粗至中325mm-球化退火-1050℃淬火．590℃回火，炉冷。试验研究了0—0．0010％Mg对热作模具钢H13（／％：0．40—0．41C、0．98～1．01Si、0．29Mn、4．95—5．08Cr、1．21—1．22Mo、0．91—0．93V、0．023—0．027P、0．006—0．007S）组织和力学性能的影响。结果表明，随钢中Mg含量由0提高至0．0010％时，试验模具钢H13的平均抗拉强度和HRC硬度值分别从1617．6MPa和45．7提高至1702．9MPa和47．8；Mg可以增加钢中回火马氏体的稳定性，高温回火后含Mg模具钢H13的组织中出现大量回火屈氏体，而且部分碳化物在Mg·AI夹杂物周围析出，成球形，尺寸小于10μm，有利于改善钢的性能。