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H13熱作模具鋼的通道偏析
? ? ? 模具鋼是模具工業的基礎,也是最重要、消耗量最大的材料,但當前國內生產的模具鋼仍然無法滿足市場需求,高品質模具鋼仍需大量進口。在模具工業中,H13是一種應用比較廣泛的熱作模具鋼。H13鋼在使用過程中存在因型腔龜裂而報廢、使用壽命短等問題。
????? H13熱作模具鋼合金元素多、合金含量高,在凝固過程中易出現通道偏析。鋼錠中A形偏析和V形偏析常稱為通道偏析,在大型的鑄件內易于出現。
?????對通道偏析形成機理的研究主要存在以下四種觀點:偏析鋼液上浮說、補縮渠道說、氣泡跡線說以及裂紋說。目前人們已經普遍接受“通道偏析是由于枝晶間富集流動所引起”的觀點,但是對通道偏析形成位置及內部富集溶質流向的分歧較大。國外,Hallawell提出:由于低密度液相的擾動,通道偏析取決于生長枝晶的共晶前沿。Suzuki的實驗結果表明:熱的富集溶質從液相區流向糊狀區,使枝晶叢林局部重熔,形成偏析通道,國內,沈厚發等人的實驗表明:通道偏析時糊狀區富集溶質的液相,由于密度倒置形成局部流動引起的。
?????通道偏析中的A形偏析的成因,很大程度上是由于固液兩相鋼液密度不均勻導致的,電磁攪拌能很好地解決這個問題。電磁攪拌使鋼水產生強制流動,折斷柱狀晶晶梢,抑制柱狀晶繼續生長,同時降低鋼液的過熱度,減少鋼水密度差,有效減輕密度倒置引起的宏觀偏析。同時能降低鋼坯的中心偏析。另外,降低S、P等易偏析元素的含量,提高鋼水的潔凈度,在一定程度上可減少A形偏析的形成。
?????通道偏析中的V形偏析在鋼錠的頂部和底部不易出現,當鑄模錐度足夠大時V形偏析會消失。其原理是:錠模錐度增大,降低了橫向凝固速度與虹吸作用,凝固界面由V形變成U形,偏析量減少。在不改變鑄錠重量的前提下,可將鑄錠頂部與底部的側面處于垂直位置,通過設計使鑄錠的中部有較大錐度,減輕V形偏析。
????? 采取提高鋼水潔凈度、電磁攪拌、優化鑄模錐度參數措施對解決H13模具鋼通道偏析時有效。另外還有一些措施也有一定效果:在冷凝溫度上,要適當加快冷凝速度,控制枝晶傾斜角度,使用合適的變質劑等。這些措施都值得嘗試采用。