锻后退火态H13钢的显微组织分析.pdf

第５卷第３期２０ｌｉ年９月材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＶ０１．５．Ｎｏ．３Ｓｅｐｔ．２０ｌＩ●—文章编号：１６７３－９９８１（２０１１）０３０２２５－０４锻后退火态Ｈ１３钢的显微组织分析郭加林１，项胜前１，周春荣１，黄继武２１．广东豪美铝业有限公司，广东清远５１１５４０；２．中南大学材料科学与工程学院．湖南长沙４１００８３摘要：以Ｒ．Ｔ．Ｇ三种锻后退火态Ｈ１３钢为实验材料．采用金相、ＸＲＤ和ＳＥＭ等分析方法．对其显微组织进行了研究．结果表明：从晶粒度、非金属夹杂、疏松、成分分布均匀性、偏析等方面评析．Ｒ钢的显微组织最佳．Ｔ钢和Ｇ钢次之；Ｒ钢是用于挤压热作模具比较理想的材料．关键词：Ｈ１３钢；晶粒度；非金属夹杂；疏松；偏析中图分类号：ＴＧｌ４２．１文献标识码：ＡＨ１３（４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶｌ）钢具有高淬透性、优良的抗热裂能力、中等耐磨损性能及热处理变形小等特点，是目前国内外使用最广泛和最具代表性的热作模具℃钢种Ｌｌ一。该钢在中温（６００）时具有高的耐磨性、较好的耐冷热疲劳性能．由于这种钢具有良好的综合机械性能，越来越广泛地被用于制造模锻锤的锻模、热挤压模具与芯棒、锻造压力机模具、精锻机用模具、镶块以及铝、铜及其合金的压铸模等．目前，我国用Ｈ１３钢制造的铝型材挤压模具，普遍存在使用寿命低、挤压出的型材表面光洁度差等缺点．因此，要提高模具寿命，就要求模具材料具有高强度、高硬度、高韧性和优良的抗划伤性等综合性能．由于模具材料的问题，在经过热处理（气体软氮化）后的挤压过程中，模具脆裂严重，整炉脆裂报废的情况时有发生．选用Ｈ１３钢作模具材料对实际生产具有相当重要的意义．为此，选用三种国内外锻后退火态Ｈ１３钢作为实验材料，分析其显微组织，为实际生产提供指导．１实验部分１．１试料试验材料为Ｒ。Ｔ，Ｇ三种锻后退火态Ｈ１３钢。其化学成分列于表１．１．２测试方法金相样品的腐蚀剂为４％硝酸酒精溶液，用—ＰＯＬＹＶＥＲＭＥＴ金相显微镜观察样品的金相显微组织；采用Ｓｉｒｉｏｎ２００场发射扫描电子显微镜分析合—金的第二相和成分偏析；用日本理学Ｄ／ｍａｘｚ５００／’ＰＣ型Ｘ射线衍射仪进行物相分析，操作条件：ＣｕＫ。辐射、电压４０ｋＶ、电流２５０ｍＡ．表１Ｈ１３钢的化学成分Ｔａｂｌｅ１ＴｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＨ１３ｓｔｅｅ—收稿日期：２０１０１１一０６作者简介：郭加林（１９８２一）。男．安徽桐城人，工程师。硕士．万方数据２２６材料研究与应用２ｏ１１２。实验结果与分析２１合金的金相显微组织２．１．１合金基体内部组织三种合金的金相显微组织如图１所示．由图１可知，Ｒ钢和Ｇ钢的晶粒较细。Ｔ钢的晶粒较粗．这一结果在ＸＲＤ分析中得到验证．Ｒ钢的偏析不太明显，Ｔ钢次之，而Ｇ钢的偏析最严重．三种钢锻后退火态的组织均为珠光体＋碳化物．在Ｒ钢和Ｔ钢中未看到共晶碳化物，二次碳化物的颗粒细小且均匀分布在基体上，而Ｇ钢中部分二次碳化物呈链状沿晶分布．围Ｔ三种合金的金相显微组织Ｆｉｇ１Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｔｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓ２．１．２合金基体中的非金属夹杂物三种合金基体中的非金属夹杂物分布如图２所示．由图２可知，Ｒ钢中的非金属夹杂（黑点和中间白点）较少，Ｇ钢和Ｔ钢中的非金属夹杂（黑点和中间白点）较多．圈２三种台金基体的非金属夹杂物分布。Ｆｉｇ２Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃｉｍｐｕｒｉｔｙｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓｍａｔｒｉｘ２２合金成分分布的均匀性合金成分Ｍｏ，ｃｒ，Ｖ，Ｓｉ分布的均匀性见图３．由图３可知，Ｒ钢合金成分的分布基本均匀；Ｔ钢存在明显的粒子，且粒子相对较粗，成分分布有明显的点状析出；Ｇ钢的成分分布极不均匀且有粗大粒子．Ｇ钢组织中有块状的共晶碳化物镶嵌在基体中，这些富钒的共晶碳化物质硬而脆，破坏了材料基体的连续性．共晶碳化物及碳化物沿晶分布会降低Ｈ１３”钢的热疲劳性能，共晶碳化物促使疲劳裂纹萌生ｊ．模具原材料的碳化物偏析会造成材料局部化学成分偏析．导致模具的热疲劳强度大幅度降低．２．３台金基体的ＳＥＭ形貌分析合金基体的ＳＥＭ形貌如图４所示．从图４可看出，Ｒ钢的疏松孔洞较小，分布较均匀；Ｔ钢的孔洞较大；Ｇ钢的孔洞大小、形状都不一致，不但存在较小的孔洞，同时也存在大的孔洞．万方数据第５卷第３期郭加林．等：锻后退火态Ｈ１３钢的显微组织分析２２７圈３合金成分Ｍｏ．Ｃｒ．Ｖ．Ｓｉ分布的均匀性Ｆｉｇ．３ＴｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆＭｏ．Ｃｒ．ＶａｎｄＳｉｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ围４三种合金基体的ＳＥＭ形貌Ｆｉｇ４ＴｈｅＳＥＭｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓ２４基体第二相三种合金基体的第二相分析结果见图５．从图５可以看出，基体上分布着白色、灰色和黑色三种颜色的粒子．其中Ｒ钢的粒子最细而且均匀，Ｔ钢中的粒子相对较粗，而Ｇ钢中的粒子大小不一。最粗的和最小的粒子相比，大小相差有１０倍左右．图５中的白色粒子为ＭｏｚＣ，形状为圆形，其中以Ｒ钢的粒子最细，Ｔ钢和Ｒ钢中的粒子尺寸相当，都较粗大．灰色粒子中除含有少量Ｍｏ外，主体为ＶＣ和ｓｉ，这种粒子较小且均匀，三种钢中此种粒子没有太大的区别．黑色粒子与灰色粒子的组成基本相同．三种钢材的物相构成基本相同。Ｒ钢的碳化物主要为Ｍｏ：Ｃ，Ｔ钢和Ｇ钢的碳化物主要为Ｆｅ７Ｃａ．三种钢的共同特点是边缘晶粒较细，中心部位的晶粒较粗．．３结论从晶粒度、非金属夹杂、疏松、成分分布均匀性、偏析等方面综合评析，Ｒ钢显微组织最佳，Ｔ钢和Ｇ钢次之．Ｒ钢是用于挤压热作模具比较理想的材料．万方数据２２８材料研究与应用２０ｌ１固５三种合金基体的第二相Ｆｉｇ５Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄ－ｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓ参考文献：［１］ＵＮＴＥＲＷＥＩＳＥＲＰＭ．ＢＯＹＥＲＨＥ．ＫＵＢＢＳＪＪ．ＨｅａｔＴｒｅＺａｔｅｒ＇ｓＧｕｉｄｅ．ＳｔａｎｄａｒＰｒａｃｔｉｃｅｓａｎｄＰｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒＳｔｅｅｌ［Ｍ３．Ｏｈｉｏ：ＡＳＭＭｅｔａｌｓＰａｒｋ．１９８２．［２］唐文军．吴晓春．４Ｃｒ５ＭｏＳｉＶｌ钢中碳化物对热疲劳性能—影响［Ｊ］．热处理．２００３．１８（１）：３２３５．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆＨ１３ｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｆｏｒｇｅｄａｎｎｅａｌｅｄｓｔａｔｅＧＵＯＪｉａｌｉｎｌ．ＸＩＡＮＧＳｈｅｎｇｑｉａｎ２，ＺＨＯＵＣｈｕｎｒｏｎ９１．ＨＵＡＮＧＪｉｗｕ２１．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＨａｏｍｅｉＡｌｕｍｉｎｕｍＣｏ．Ｌｉｄ．．Ｑｉｎｇｙｕａｎ５１１５４０．ＣｈｉｎａＩ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎ。ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８８・ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ．ＴｈｅｍｉｅｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆＨ１３ｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｆｏｒｇｅｄａｎｎｅａｌｅｄｓｔａｔｅａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＯＭ，ＸＲＤａｎｄＳＥＭ．ＴｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆＨ１３ｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｆｏｒｇｅｄａｎｎｅａｌｅｄｓｔａｔｅａｒｅＲ，Ｔ，Ｇｓｔｅｅｌ—ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｎａｌｙｚｉｎｇｆｒｏｍｇｒａｉｎｃｒｙｓｔａｌｓｉｚｅ，ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃｉｍｐｕｒｉｔｙ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄＳＯｏｎ，ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＲｓｔｅｅｌｉｓｏｐｔｉｍｕｍ，ｔｈｅｎｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙＴｓｔｅｅｌａｎｄＧｓｔｅｅｌ．ＩｔｓｅｅｍｓｔｈａｔＲｓｔｅｅｌｉＳａｇｏｏｄｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｈｏｔｄｉｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈ１３ｓｔｅｅｌ；ｃｒｙｓｔａｌｇｒａｉｎ—ｓｉｚｅ；ｎｏｎｍｅｔａｌｌｉｃｉｎｃｌｕｓｉｏｎ；ｐｏｒｏｓｉｔｙ；ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ万方数据