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    H13热作模具钢大尺寸析出相特征及生成机制

    发布时间:2020-08-06 02:23:42

      H13作为一种强韧兼备的热作模具钢,广泛用于热锻压模、热挤压模和铝合金压铸模,本身需要具备优良的高温强度及韧性。
    H13钢合金元素质量分数较高,尤其是碳化物形成元素钼、钒、铬,凝固过程中合金元素的偏析会导致大尺寸碳化物或碳氮化物的析出,这些大尺寸硬质析出相的存在,对于模具钢产品的强度、韧性无疑是有害的。
    本项目采用真空感应炉按照NADCA207-2003规定的H13钢成分范围进行实验室小钢锭熔炼,分析铸锭中大尺寸析出相的特征,同时利用热力学计算软件Thermo-calc对凝固过程中大尺寸析出相的析出行为进行计算,以此对H13钢中大尺寸析出相的析出行为进行合理的解释分析。

      实验室真空感应炉熔炼钢锭质量为5kg,合金原料采用纯铁、金属铬、金属钼、金属锰及金属硅,钒采用FeV5.18钒铁合金。
    获得钢锭成分如表1所示,由于合金原料中会携带些许硫,钢锭最终硫质量分数为0.0059%。
    将冶炼钢锭纵向平均剖开,在高度1/2处沿横截面1/2半径及中心处取样,试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
    试样进行粗磨、抛光,采用SEM+EDS对大尺寸析出物的形貌及成分特征进行观察。

      表1 钢锭成分(质量分数,%)

    项目

    C

    Si

    Mn

    Cr

    Mo

    V

    S

    N

    NADCA

    207-2003

    0.37~0.42

    0.80~1.20

    0.20~0.50

    5.00~5.50

    1.20~1.75

    0.80~1.20

    -

    -

    H13

    0.42

    1.06

    0.42

    5.38

    1.50

    0.97

    0.0059

    0.0056

      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呈类椭圆形;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。

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