H13钢二次h13回火曲线为什么比第一次低20℃

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-03-22 13:53 标签： h13回火温度
H13钢热处理工艺的优化_热处理网
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H13钢热处理工艺的优化
来源:辽宁忠旺集团有限公司作者:王彦俊
通过硬度、冲击韧性、抗拉强度、屈服强度以及金相等分析，研究了对模具材料H13钢组织与力学性能的影响。结果表明：H13钢经过预热处理后进行()℃&1d，油冷，再进行(600～620)℃&1.5d，可使硬度达到大型挤压模具设计要求(44～46)HRC，其组织更加稳定均匀，综合性能更佳。
H13钢原是美国的一个钢种，在我国一般称作4Cr5MoSiV1钢，通常作为铝挤压模具用钢而被最广应用。H13钢之所以被广泛应用，是因为它具有以下特性：①高的淬透性和高的韧性；②优良的抗热裂能力；③中等耐磨损能力，可采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度；④在较高温度下具有抗软化能力；⑤热处理变形小；⑥良好的切削加工性能。本文对H13钢的热处理工艺及组织进行研究，目的是为了获得满足大型铝挤压模具所需的性能指标，最终以提高模具的使用寿命。
1、试验材料及方法
试验采用的H13钢为广东某钢铁公司提供的，其化学成分如表1所示，符合标准要求。原始组织为粒状珠光体如图1所示，符合北美标准。
表1&H13钢的化学成分(质量分数，%)
为了研究热处理工艺对H13钢组织和性能的影响，本试验采用不同淬火温度和回火温度，来确定对其力学性能、冲击韧性、显微组织等影响，并结合实际生产要求，模具钢热处理后硬度为44～46HRC。根据相关资料得到Ac1为860℃、Ac3为915℃、Ar1为775℃、Ms为340℃，具体试验方案：预热处理为400℃&1h+870℃&1.5d(d为min/mm)；奥氏体化温度分别为、、和1080℃，保温时间均为1h，油冷，油温控制在20～60℃；回火温度分别为580、590、600、610、630和650℃，保温时间为1.5d，均采用二次回火，空冷。
图1&原始组织粒状珠光体
2、试验结果与分析
2.1、淬火温度的影响
由图2、3可见，在℃范围内随着淬火温度的升高，H13钢的抗拉强度和屈服强度均呈上升趋势；延伸率呈波浪式；洛氏硬度随着淬火温度的升高而升高。这是由于随着淬火温度升高，加速碳化物的溶解，使淬火后马氏体中碳和合金元素增加，从而提高了淬火后的强度和硬度。如图3所示，材料的晶粒度级别随着淬火温度的升高而降低。充分说明淬火温度的提高，导了奥氏体晶粒长大，并对钢的塑性及韧性都有很大影响。
图2&淬火温度对H13钢力学性能的影响
图3&淬火温度对H13钢硬度及晶粒度的影响
2.2、回火温度的影响
回火温度对H13钢的力学性能及硬度的影响如图4所示，抗拉强度和屈服强度随回火温度的升高而降低，延伸率随回火温度的升高而有所提高。冲击韧性是材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力，对于热挤压模具来说冲击韧性是非常重要的指标，严重影响模具的使用寿命。
图4&回火温度对H13钢力学性能的影响
由图5可见，随着回火温度升高，冲击韧性逐渐增加，而硬度逐渐降低。650℃回火后的硬度要比580℃回火后降低约10%；虽然冲击韧性随回火温度升高而升高，但如果回火温度过高，硬度大幅度降低，工作中不能满足模具的性能要求，只有经600～620℃回火，材料的冲击韧性和硬度才达到最佳使用范围(44～46HRC)。
图5&回火温度对H13钢冲击韧性及硬度的影响
2.3、显微组织分析
观察组织的试样用体积比4%硝酸酒精腐蚀，观察晶粒度的试样用盐酸：苦味酸：乙醇体积比为5：1：100腐蚀。用AX10ZIESS显微镜观察显微组织，如图6(a)、6(b)所示。淬火温度均为1040℃，回火温度分别为580℃、610℃二次回火。图6(a)显微组织为回火马氏体(细针状)、回火托氏体、残余碳化物；图6(b)显微组织为回火托氏体、少量回火马氏体、残余碳化物。由此可见随着回火温度的提高，回火组织中马氏体含量逐渐减少，奥氏体分解，铁素体和碳化物相增加，且铁素体和碳化物有聚集长大趋向。根据NADCA#207-90标准对晶粒度大小有特殊规定，采用ASTM比较法，沿用标准ASTME-112，晶粒度大小应在7级以上。图6(c)、6(d)分别为1040℃、1080℃淬火温度下的晶粒组织，经比较法确定图6(c)可达到8.5级，图6(d)为7级。因此随着淬火温度的升高奥氏体晶粒出现长大，从而会影响试样的塑性和韧性。
图6&不同回火、淬火温度下H13钢的的显微组织
(a)1040℃淬火、580℃二次回火后的显微组织；&(b)1040℃淬火、610℃二次回火后的显微组织；(c)1040℃淬火后的晶粒度；(d)1080℃淬火后的晶粒度
3、分析讨论
根据实际生产情况以及试验分析结果表明，H13钢在最终之前必须要符合北美NADCA-203标准要求，保证基体为粒状珠光体组织的同时减少带状偏析及大块未溶碳化物，这些可以有效减少模具淬火开裂和应力集中等问题。H13钢在1000℃淬火后组织中有未溶的粒状碳化物、马氏体和残余奥氏体，由于加热温度较低，奥氏体成分还没有均匀化，淬火后组织不均匀，碳化物溶解较少；1040℃和1080℃淬火后高温回火组织中除了少量的针状马氏体、粒状碳化物外大部分为回火托氏体。根据图2、图3我们不难看出，随着淬火温度的升高，试样的抗拉强度、屈服强度、硬度均有所升高；而淬火温度提高，奥氏体晶粒逐渐长大，从而对H13钢的塑性及韧性都有很大影响。综合分析淬火温度选择在℃为宜。回火的主要目的是消除钢件在淬火时产生的应力，使其具有高硬度和耐磨性的同时还有所需要的塑性和韧性。根据长期的实践经验对于大型H13挤压模具调质后的硬度设计在44～46HRC。由图5、6可见，当回火温度在600～620℃二次回火时可满足硬度的设计要求，并且还可以保持较高的抗拉和屈服强度以及良好的冲击韧性。
H13钢经过预热后在℃淬火，保温1d，然后在600～620℃两次回火，每次保温时间均为1.5d，其奥氏体晶粒并没有明显长大，综合性能达到较佳范围。硬度满足设计要求44～46HRC，其组织更加稳定均匀，有利于提高热挤压模具的使用寿命。
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热作模具钢H13的性能特点以及热处理工艺过程的有效控制
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