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退火工藝對(duì)D2冷作模具鋼組織與性能的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2015-05-21
D2鋼是一種高碳高鉻萊氏體型冷作模具鋼，其特點(diǎn)是含碳量高、合金元素多，鋼中存在大量的碳化物，脆性大，變形抗力大，鍛造溫度范圍較窄，脫碳傾向大；具有高硬度、高耐磨性、良好韌性及優(yōu)良的抗變形性能。
???D2鋼是一種高碳高鉻萊氏體型冷作模具鋼，其特點(diǎn)是含碳量高、合金元素多，鋼中存在大量的碳化物，脆性大，變形抗力大，鍛造溫度范圍較窄，脫碳傾向大；具有高硬度、高耐磨性、良好韌性及優(yōu)良的抗變形性能。由于該鋼中存在大量的碳化物，且偏析嚴(yán)重，因此不同的熱處理工藝對(duì)鋼的性能有很大的影響。本項(xiàng)目通過對(duì)比研究預(yù)冷球化退火工藝與常規(guī)球化退火工藝，分析不同熱處理?xiàng)l件下，D2鋼的組織性能變化。
試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1?所示，由表1可知，實(shí)測(cè)含量與D2（Cr12MoVCo）鋼含量有較大不同，最明顯的是Si含量高，達(dá)到1.1%，還加入了一定量的合金元素W，同時(shí)Cr含量有所降低。Cr含量降低的作用是減少Cr的粗大共晶碳化物；Si的作用是強(qiáng)化基體，彌補(bǔ)碳化物的不足；W的作用是提高試驗(yàn)鋼的熱穩(wěn)定性。
表1??試驗(yàn)D2鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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材料
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C
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Si
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Mn
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Cr
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Mo
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V
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Ni
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Co
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S
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P
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W
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設(shè)計(jì)含量
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1.3～1.4
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0.5～0.7
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0.4～0.5
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11
～
13
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1.0～1.2
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0.8～1.0
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0.3～0.5
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0.4～0.5
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≤0.02
|
≤0.03
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?
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實(shí)測(cè)含量
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1.37
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1.1
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0.37
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10.98
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0.8
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0.81
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0.36
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0.32
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0.018
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0.021
|
0.33
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?
將棒材線切割加工成10mm×10mm×10mm的小試樣若干，采用實(shí)驗(yàn)室馬弗爐進(jìn)行球化退火試驗(yàn)。對(duì)于D2型冷作模具鋼的奧氏體化溫度要選擇在Ac1溫度附近，實(shí)測(cè)該試驗(yàn)鋼的Ac1溫度為827℃，由于鋼中含有大量呈斷續(xù)分布的共晶碳化物，可適當(dāng)提高奧氏體化溫度，促進(jìn)碳化物的溶解，使得在等溫球化時(shí)基體中有足夠的合金元素能從基體中析出球化。
將試樣分成6組，分別加熱至780、820、860、900、940、980℃等不同溫度保溫15min，出爐水冷至400℃，之后迅速放入730℃的馬弗爐中保溫30、60、90、120min，之后出爐空冷。常規(guī)球化退火工藝為：選擇退火溫度為860℃，保溫時(shí)間1h，冷卻時(shí)選擇在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變時(shí)間最短的溫度740℃左右等溫球化，可以較快完成轉(zhuǎn)變，保溫時(shí)間為6h，爐冷至500℃，出爐空冷。
利用HR150型洛氏硬度計(jì)測(cè)試不同預(yù)冷球化退火溫度下試樣的硬度值。采用ZESS?Axioplan?2多功能金相顯微鏡對(duì)試驗(yàn)鋼的退火組織進(jìn)行觀察。通過Nova?400?Nano?SEM場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)最優(yōu)預(yù)冷球化退火工藝及常規(guī)球化退火工藝處理后的試驗(yàn)鋼樣品進(jìn)行SEM-EDS分析。結(jié)果表明：
（1）預(yù)冷球化退火的最優(yōu)工藝為在860℃保溫15min，水冷至400℃，立即在730℃保溫60～90min，最后出爐空冷。其材料硬度低于最優(yōu)常規(guī)球化退火硬度，并且組織中的粒狀碳化物更細(xì)小，分布更均勻，大大縮短退火處理時(shí)間。
（2）當(dāng)730℃等溫時(shí)間達(dá)到120min以上時(shí)，粒狀碳化物逐漸長大，顆粒粗化。
????（3）退火組織中主要存在兩相，即鐵素體基體相和M7C3型碳化物相，塊狀碳化物和灰色粒狀一次碳化物為含較少量V、Mo、W、富Cr的M7C3型碳化物；白色粒狀二次碳化物主要為球化工藝析出的含W、Mo較多的M7C3型碳化物。
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