H13模具鋼和3Cr2W8V鋼是目前中國(guó)使用更廣泛的兩種熱鍛模具鋼。H13鋼具有良好的綜合力學(xué)性能和冷熱疲勞性能,能夠滿(mǎn)足一般模鍛條件的要求。但H13鋼作為中耐熱熱作模具鋼,不宜在600℃以上工作,淬透性差,不利于大截面模具的制造,因此其應(yīng)用受到限制。3CrW8V鋼是我國(guó)較早使用和廣泛使用的高強(qiáng)度熱鍛模具鋼。熱穩(wěn)定性好,使用溫度可達(dá)650℃。然而,由于其差的熱疲勞性能和導(dǎo)熱性,它容易由于熱疲勞而破裂甚至斷裂。中合金DM鋼是由科研團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的新型熱鍛模具鋼。通過(guò)測(cè)量熱穩(wěn)定性曲線(xiàn)和觀(guān)察三種熱鍛模具鋼的顯微組織,對(duì)比分析了三種鋼的熱穩(wěn)定性能的優(yōu)缺點(diǎn)以及熱穩(wěn)定性過(guò)程中顯微組織的變化。
三種試驗(yàn)鋼均采用電渣重熔法冶煉,其化學(xué)成分見(jiàn)表1,熱處理工藝及硬度值見(jiàn)表2。淬火、加熱和冷卻均在WZC-60真空淬火爐中進(jìn)行,回火在S2-5-12箱式爐穩(wěn)定在試驗(yàn)溫度時(shí)進(jìn)行。
熱穩(wěn)定性試驗(yàn)的試樣尺寸為10mm×10mm×15mm,試樣在S2-5-12箱式爐中分別于580℃、620℃和650℃保溫24小時(shí),然后用69-1型洛氏硬度計(jì)按照GB/T230.1-2000測(cè)定三種試驗(yàn)鋼在不同溫度下的洛氏硬度值。用蔡司超40場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀(guān)察不同保溫溫度下樣品的微觀(guān)結(jié)構(gòu),用JEM-2010高分辨率投影電子顯微鏡觀(guān)察不同保溫溫度下的樣品,并對(duì)碳化物類(lèi)型進(jìn)行標(biāo)定。
結(jié)果表明:
(1)在650℃熱穩(wěn)定過(guò)程中,3Cr2W8V鋼中的大量W元素溶解在基體中,導(dǎo)致固溶強(qiáng)化;在熱穩(wěn)定過(guò)程中,DM鋼由于亞穩(wěn)θ相在高溫下分解而硬化,大量Mn元素溶解在基體中,阻礙了馬氏體基體的恢復(fù)。兩者相輔相成,確保其優(yōu)越的熱穩(wěn)定性。
(2)在580、620和650℃下24h的熱穩(wěn)定性試驗(yàn)中,DM鋼的硬度始終高于3Cr2W8V和H13鋼。隨著保溫溫度的升高,硬度前期下降較快,后期趨于穩(wěn)定。