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。

热轧态H13钢调质工艺参数模拟计算与实验验证

利用JMatPro软件,模拟计算得到热轧态H13钢平衡相组成、奥氏体连续加热转变(continuous heating transformation diagram of austenite,TTA)曲线图、过冷奥氏体连续冷却转变(continuous cooling transformation diagram,CCT)曲线图、淬透性曲线、碳化物和相转变曲线;结合性能要求,确定H13钢的调质工艺参数范围,并进行实验验证。实验结果表明:H13钢经1 050℃淬火后得到的最高硬度为53.4洛氏硬度(Rockwell Hardness C,HRC),50 mm处仍保持45 HRC以上的较高硬度;H13钢随着冷速的提升强度和硬度略有升高;现企业选用的工艺参数(1 050℃+45 min淬火,630℃+100 min回火)可行。

H13钢CCT曲线的测定与分析

利用DIL805A型淬火变形膨胀仪对H13钢进行连续冷却转变试验。利用膨胀法结合金相-硬度法绘制H13钢的连续冷却转变（CCT）曲线。研究了冷速对试样组织和硬度的影响。比较分析980、1030℃两种奥氏体化温度所测CCT曲线的异同。结果表明：马氏体转变的临界冷速为1℃/s。随奥氏体化温度降低,Ms点升高,贝氏体转变区域减小,珠光体转变区域增大且向左偏移;随冷却速度增大和奥氏体化温度升高,试验钢硬度增大。

淬火温度对H13钢性能的影响

H13钢常规淬火温度为1050℃，提高淬火温度到1100℃时，可使H13钢的σb、σ0.2（室温、500℃）及热疲劳性能提高，有利于延长H13钢热作模具的使用寿命。

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。

压铸用H13热作模具钢热处理工艺研究

为预防模具早期失效、提高模具使用寿命,以H13钢为对象,通过试验,对该热作模具钢的淬火、回火工艺及二次硬化进行了系统研究,并对其强度、塑性、硬度及冲击性能进行了检测及分析。研究结果表明,优质H13钢二次硬化温度比常用H13钢高50～70℃;经1100℃淬火、600℃二次回火后,试样表现为较优的强韧性配合和综合使用性能,其伸长率达8.10%,屈服强度达1335MPa、抗拉强度达1534MPa。

微量Nb对H13钢性能的影响

研究了微量铌对AISIH13钢的力学性能、热稳定性能、回火稳定性、抗高温氧化性及抗冷热疲劳性的影响。结果表明 ,在H13钢中添加 0 0 1% (质量分数 ,下同 )的铌对力学性能没有明显改善 ,但热稳定性、回火稳定性和抗高温氧化能力明显提高。运用计算机图像处理技术对比研究两种材料的热疲劳裂纹变化规律显示 ,含微量铌的H13钢的热疲劳抗力明显比不含铌的H13钢要高 。

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。

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。

LF精炼炉渣成分对H13钢中夹杂物的影响

对早期失效的H13钢材进行了金相分析。结果表明:H13钢中大尺寸夹杂物数量多,夹杂物评级达不到要求,影响了H13钢材的使用性能。采用优化精炼炉渣成分的方法来控制钢中夹杂物数量和尺寸。使用优化的精炼炉渣后,在真空处理结束时测得钢液中T[S]、T[O]含量分别为5×10-4%和1.29×10-3%;夹杂物级别明显降低,钢中大尺寸夹杂物的数量和尺寸都有显著下降,大大提高了钢材的冶金性能。

表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响

主要研究了在自约束条件下,表面脱碳层对H13钢热疲劳性能的影响。结果显示,含脱碳层试样表面开裂严重,表层硬度急剧下降,热疲劳损伤因子大大高于半脱碳和无脱碳的试样。说明脱碳造成材料表层含碳量减少,强度降低,使热疲劳时产生的交变热应力超过材料的屈服强度,引起往复塑性变形,逐渐造成损伤累积,从而导致钢的热疲劳强度下降。

含铌H13钢热疲劳过程中的显微结构变化

对添加微量铌与不含铌的 4Cr5MoSiV1钢(即H13钢)热疲劳性能进行了测试。结果表明,添加微量铌提高了 4Cr5MoSiV1钢的热疲劳抗力。在热疲劳循环过程中,富铬碳化物M23C6 粒子明显粗化。添加微量铌的4Cr5MoSiV1钢由于富铬碳化物的粗化受到抑止,且位错密度下降较慢,使得热疲劳裂纹的扩展相对缓慢,因而材料的热疲劳抗力提高。

H13热作模具钢预变形均匀化工艺研究

利用DIL805A/D变形热膨胀相变仪对ϕ5 mm×10 mm的H13铸锭试样进行0~25%的预变形,然后进行1200℃×30 min的均匀化处理,研究了均匀化过程中不同预变形试样的微观组织演变。结果显示,与未变形试样相比,预变形处理后试样的枝晶密度与基体硬度均减小。随着预变形量的增加,均匀化处理后的枝晶密度和硬度值逐渐增加,10%变形量试样的枝晶偏析几乎完全消除,基体硬度值最小且分布均匀,未变形试样与预变形量为15%、20%和25%的试样中Mo的枝晶偏析比分别为2.90、2.23、2.43和3.56。

AISI H13钢表面改性技术研究进展

用于加工铝合金、镁合金零部件的AISI H13热作模具钢因其恶劣的服役环境,现已表现出低寿命的致命缺陷.激光加热淬火工艺因兼有表面强化、残余应力低及与基底保持高的结合之特性,使AISI H13热作模具钢具有广阔的应用前景;激光熔覆合金化工艺因具有较强的表面可设计性与使用可靠性,使AISI H13热作模具钢具有巨大的发展潜力;热喷涂工艺具有流程短且涂层可设计性等优势,但因涂层与基底呈弱结合之状态,因此应在成分与工艺上进行涂层与基底之间热匹配设计,以满足工程应用的高性能化与长寿命化之需.

H13钢高温淬回火后奥氏体晶粒度对强韧性的影响

为提高压铸模的使用寿命,分别采用1060℃、1090℃淬火及590℃回火,研究了奥氏体晶粒尺寸对H13钢强韧性的影响。通过金相和扫描电镜分别观察了晶粒度、显微组织和断口形貌。研究结果表明:在相同回火温度下,淬火温度越高奥氏体晶粒越大,1090℃淬火后材料的抗拉强度及硬度较1060℃淬火时略有增加,但其断后伸长率及冲击功则显著下降。压铸用H13钢在1060℃淬火+590℃回火时具有优良的强韧性配合。

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。

40tEBTEAF-LF-VD-铸锭工艺冶炼模具钢H13的洁净度分析

试验用热作模具钢H13(/%:0.36~0.38C、0.36~0.38Mn、0.89~0.91Si、0.007~0.010P、0.006~0.011s、5.10~5.15Cr、1.12~1.18Mo、0.84~0.89V)的冶炼工艺流程为40 t偏心炉底出钢电弧炉-钢包炉精炼-VD处理4.65 t铸锭工艺。通过对各冶炼工序钢水的总氧和氮含量-T[O]和[N]的分析以及钢中夹杂物的形貌和组成的分析,研究了该工艺流程生产的H13钢的洁净度。结果表明,经LF-VD精炼后H13钢中的平均总氧含量-T[O]为22×10^(-6),平均氮含量-[N]为95×10^(-6);Φ200 mm锻坯中夹杂主要以脱氧产物氧化铝为主,同时含有硫化锰等硫化物和偏析产生的氮化物;夹杂物尺寸集中在5μm左右,较大尺寸的夹杂物为10μm左右。采用该流程冶炼的H13钢可以满足对该钢种洁净度的要求。

H13钢模具的表面强化技术

研究了低温化学热处理、高能束流表面处理等对H1 3钢表面性能及其模具寿命的影响。低温化学热处理主要介绍了离子渗氨、N -C共渗、N -C -V共渗、O -S -N共渗、S -N -C共渗、多元共渗表面强化技术 ,并指出了有利于提高H1 3钢热作模具寿命的较佳工艺参数 ;高能束流表面处理主要介绍了激光表面处理。