熱處理工藝對(duì)H13鋼組織和力學(xué)性能的影響
比較了H13鋼鹽浴分級(jí)淬火、鹽浴分級(jí)淬火+200℃ ×2h回火、真空高壓氣淬和真空高壓氣淬+200℃×2h回火后的力學(xué)性能,試驗(yàn)表明, H13鋼真空高壓氣淬后的力學(xué)性能更為優(yōu)良。這主要是因?yàn)镠13鋼鹽浴分級(jí)淬火后,存在拉應(yīng)力,而真空高壓氣淬后存在壓應(yīng)力;同時(shí)還與真空淬火具有脫氣作用,殘留奧氏體較多等因素有關(guān)。研究結(jié)果還表明分級(jí)淬火后應(yīng)快速冷卻,減少貝氏體量,增加馬氏體轉(zhuǎn)變量,抵消部分熱應(yīng)力,有利于減小模具的畸變和提高韌性。
H13鋼是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的壓鑄模具鋼之一,各種文獻(xiàn)對(duì)它的淬回火工藝及其力學(xué)性能報(bào)道很多,但對(duì)H13鋼淬火后的性能研究較少。本文比較了經(jīng)鹽浴分級(jí)淬火和真空高壓氣淬的H13鋼淬火態(tài)的力學(xué)性能,分析了造成力學(xué)性能差異的原因,這對(duì)真空高壓氣淬工藝的實(shí)施不無(wú)參考價(jià)值。
1、試驗(yàn)用鋼
試驗(yàn)用鋼為供貨狀態(tài)圓鋼,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。
2、試驗(yàn)方法
表1 H13鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),% )
2.1、試樣
試棒為標(biāo)準(zhǔn)試棒,尺寸<10 mm ×120 mm,每種試驗(yàn)方法用3 件試樣。
2.2、試驗(yàn)工藝
(1)真空高壓氣淬 1020 ℃ ×40min,充氮?dú)?.5 ×105Pa,風(fēng)扇2800r/min;當(dāng)爐溫為80℃時(shí),工件溫度為200℃左右,調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1200r/min(試樣與工件同爐處理, 裝爐符合所用設(shè)備的要求) 。
(2)鹽浴分級(jí)淬火 1020℃ ×10min, 600℃分級(jí)3min,空冷。
(3)低溫回火 200℃ ×2h,空冷。
3、試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1、鹽浴分級(jí)淬火
表2為鹽浴分級(jí)淬火和鹽浴分級(jí)淬火+200℃回火后H13鋼的硬度,表3為力學(xué)性能。
表2 H13鋼試樣經(jīng)鹽浴分級(jí)淬火后的硬度值
表3 H13鋼試樣經(jīng)鹽浴分級(jí)淬火后的力學(xué)性能
從表2可知,鹽浴分級(jí)淬火和鹽浴分級(jí)淬火+200 ℃回火后鋼的硬度相差不大。從表3可知, 200℃回火后,斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率都明顯上升,這是因?yàn)镠13鋼在鹽浴淬火態(tài)存在拉應(yīng)力,低溫回火后,拉應(yīng)力減小,導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度提高。
3.2、真空高壓氣淬
表4為H13鋼經(jīng)真空高壓氣淬和真空高壓氣淬+ 200 ℃回火后的硬度,表5為力學(xué)性能。
表4 H13鋼經(jīng)真空高壓氣淬后的硬度值
表5 H13鋼經(jīng)真空高壓氣淬后的的力學(xué)性能
從表4可知,真空高壓氣淬和真空高壓氣淬+200 ℃回火的硬度相差不大。從表5可知, 200 ℃回火后,斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率相差不大。這是因?yàn)樵谡婵崭邏簹獯愫笃谡{(diào)整了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,降低了冷卻速度,同時(shí)由于淬火介質(zhì)N2的溫度已經(jīng)升高,有回火作用,所以變化不大。鋼的抗拉強(qiáng)度略有下降,這是因?yàn)镠13鋼高壓氣淬后存在壓應(yīng)力, 200 ℃回火后,壓應(yīng)力進(jìn)一步減小所致。
3.3、H13鋼經(jīng)真空高壓氣淬和鹽浴分級(jí)淬火后的殘留奧氏體含量
經(jīng)真空高壓氣淬和鹽浴分級(jí)淬火的H13 鋼的殘留奧氏體量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 經(jīng)不同工藝熱處理的H13鋼的殘留奧氏體含量
從表6可知,真空高壓氣淬后H13鋼的殘留氏體量大大高于鹽浴分級(jí)淬火的鋼。其原因是因?yàn)檎婵崭邏簹獯愕睦鋮s速度小于鹽浴分級(jí)淬火,更是小于油淬的冷卻速度。過(guò)多的的殘留奧氏體對(duì)H13鋼性能的影響尚未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。從表7可知,在第一次高溫回火后,基本上不存在殘留奧氏體。淬火狀態(tài)存在較多的殘留奧氏體,能較好地松弛淬火時(shí)產(chǎn)生的相變應(yīng)力,阻止淬火裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。
