S136模具钢-瑞典一胜百镜面塑胶模具钢

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    热作模具钢QR090与8407回火稳定性对比

      
    发布时间:2014年03月11日 来源:S136模具钢 作者:苏州S136 点击:次
      
    热作模具钢QR090与8407回火稳定性对比
    通过TEM显微组织来对比、分析QR090钢具有比8407钢更佳回火稳定性的原因。结果表明:采用1050℃油淬、650℃×2h的相同处理后,发现QR090钢中由于马氏体分解及残余奥氏体转变的推迟,尚存在高位错密度的马氏体板条及条间残余奥氏体,在马氏体板条内有很多弥散、细小的MC及M2C合金碳化物分布在位错线(区)内,正是这种组织赋予了QR090钢更佳的回火稳定性。
        1  前言
          回火稳定性是热作模具钢的主要性能之一,它反映了模具钢在高的工作温度下抵抗软化的能力,它关系到钢的高温硬度、高温强度及热疲劳抗力等等。提高回火稳定性有助于延长模具的使用寿命。8407(H13)钢是一种在国外使用较广泛的5%Cr系热作模具钢,这种空淬热作模具钢有较高的强度、回火稳定性、良好的韧性及热疲劳抗力[1][2]。但随着热锻、热挤压及压铸技术的不断开发,工作频率增快,工作温度升高,使模具的服役条件日趋苛刻,对模具材料的要求也随之提高,8407已不能适应这些新的变化。为此,瑞典Uddeholm公司于80年代末开发出新一代Cr-Mo系热作模具钢QR090钢,它与8407钢相比,降低了Cr、Si含量,提高了Mo含量,虽然QR090钢中合金元素总含量低于8407钢,但其综合机械性能如屈服强度、韧性及热疲劳抗力等优于8407钢。有关QR090钢的性能特点及应用已有报导[1-4],但有关QR090钢成分―显微组织―性能之间的关系还研究得很少[5],本文主要探讨QR090钢回火稳定性优于8407钢的微观原因。
        2  实验方法及步骤
        2。1  实验用材料
          本文选用瑞典ASSAB公司生产的商品热作模具钢QR090与8407作试验材料,其化学成分列于下页表1。
        2.2  测定回火曲线(回火温度―硬度关系)
    *为瑞典ASSAB公司热作模具钢牌号
           试样尺寸为10mm×15mm×18mm,采用1050℃加热油淬,再分别在200℃、400℃、480℃、520℃、590℃、620℃、650℃回火2h,然后测定硬度(洛氏硬度)。
         2.3  投射电镜TEM组织分析
           TEM试样制备:将经过1050℃油淬,650℃回火2h的试样,线切割至0.3mm厚度的薄片,手工磨薄至50-70μm,冲成直径3mm的小圆片,最后进行双喷电解抛光,电解抛光液的成分为:5%高氯酸+无水究酒精,抛光电压维持在50-55V,电流85-90mA,电解温度为-35―30℃。在JEM-100CX投射电镜上对制成的TEM试样进行观察及摄照。
    热作模具钢QR090与8407回火稳定性对比
     3。2  TEM组织分析
           图2、3(略)是8407钢与QR090钢经1050℃油淬650℃回火后的投射电镜照片,从图中可见,二者有明显的的差别。图2(略)显示8407钢经650℃回火后,回火组织中的板条马氏体已消失,由于回复α相内的位错密度明显降低重新排列成二维位错网络,将α相分割为压晶,还有一些已发生再结晶,位错密度十分低的α晶粒。此外,条状M3C已全部分解,形成较粗大的M23C6合金碳化物。而QR090钢经650℃回火后,由于马氏体分解,残余奥氏体转变及α相回复,再结晶的推迟,因此回火组织中仍可清晰地观察到马氏体板条、板条内有高密度位错,很多细小MC及M2C合金碳化物弥散地析出于位错线(区)(图3(略)),在马氏体板条间还有条间残余奥氏体(图4(略))。
         4  分析与讨论
    1)QR090钢与8407钢相比,降低了含Cr量,提高了含Mo量,可有效地提高在高温回火阶段的回火稳定性,并赋予QR090钢以更高热强性、热疲劳抗力,可以使用于工作温度更高、负荷更大,频率更快的热作模具,它是比5%Cr系8407(H13)钢性能档次更高的热作模具钢。
           2)8407(H13)钢含5%Cr,是以Cr为主要合金元素的热作模具钢,经淬火650℃高温回火后,马氏体已分解完毕,α相发生回复、再结晶,马氏体板条消失,析出的主要是M23C6特殊碳化物,它是通过原位转变而形成。即先形成亚稳定(FeCr)3C,在回火过程中Cr向(FeCr)3C富集,逐步转变为(FeCr)7C,Cr再进一步富集,则转变为(FeCr)23C6,,因此,(FeCr)23C6碳化物一般较粗大,且M23C6的稳定性低、易聚集长大,回火稳定性作用较弱[6]。
           3)与8407钢相比,QR090钢中由于含Cr量降低,含Mo量升高,因此高温回火时形成更多MC,M2C,其形成途径是独立形核长大,即直接从α相中析出MC、M2C特殊碳化物,同时伴有合金渗碳体M3C的溶解,由于Mo、V等元素扩散能力很低,新形成的碳化物弥散度很高,析出于位错区且不易聚集。Mo、V等元素推迟了淬火钢马氏体分解及残余奥氏体转变,高度弥散的合金碳化物MC、M3C析出于位错线(区),又与α相保持共格联系,阻碍了α相的回复与再结晶,因而在QR090钢650℃的回火组织中仍能观察到高位错的板条马氏体及条间残余奥氏体。上述组织状态具有高的回火稳定性[7]。
           综上分析,可见与8407钢相比,由于QR090钢在合金设计时,优化了合金元素的配比,使碳和碳化物形成元素(Cr、Mo、V)得到平衡,产生一种很有效且稳定的沉淀硬化相(主要由MC、M2C所组成),这种回火组织赋予了它高的回火稳定性。
    5  结论
         1)QR090钢与8407钢回火曲线对比表明:QR090钢二次硬化峰值硬度低于8407钢,但其二次硬化峰值的温度较高,而高于二次硬化峰温度回火时硬度下降却较缓慢,当回火温度高于600℃时,其硬度高于8407钢。因此,在高温回火阶段,它的回火稳定性优于8407钢。
         2)对回火稳定性起主要作用的是弥散细小的合金碳化物MC、M2C,在QR090钢650℃回火组织中的板条马氏体内仍有弥散分布的细小碳化物MC、M2C,而在8407钢的回火组织却只有较粗大的M23C6碳化物。
         3)在QR090钢650℃回火组织中仍可观察到高位错密度的板条马氏体及条间残余奥氏体,而在8407钢中却已无板条马氏体和条间残余奥氏体,这表明QR090钢的合金元素优化配比,大大延迟了板条马氏体分解、残余奥氏体转变以及α相的回复、再结晶,从而抑制了钢硬度、强度的降低,增高了钢的回火稳定性。
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