消除H13模具鋼網(wǎng)狀碳化物的熱處理工藝研究

H13模具鋼是從美國引進(jìn)的H13空淬硬化熱作模具鋼，其牌號為4Cr5MoSiV1，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1299-2000，因為其屬于C-Cr-Mo-Si-V型鋼，具備較高的熱強(qiáng)性，良好的韌性和耐冷熱疲勞性能，不容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋，是強(qiáng)韌兼?zhèn)涞臒嶙髂＞咪?，使用范圍廣泛，主要用于制造沖擊載荷大的鍛模、熱擠壓模、精鍛模，鋁、銅及其合金壓鑄模。H13鋼制作的模具生產(chǎn)的壓鑄件外觀質(zhì)量較其他模具好很多，因此十分受市場青睞。

然而由于H13屬于中碳鋼，且鋼中強(qiáng)碳化物形成元素Cr、Mo、V含量較高，因此在鍛造和熱處理過程中稍有不慎便會出現(xiàn)大量沿晶碳化物，影響模具的沖擊性能和使用壽命。因此，找出H13模具鋼網(wǎng)狀碳化物的有效控制措施，探索出一套合理的H13球化退火工藝是亟待研究解決的重點(diǎn)課題。

H13模具鋼化學(xué)成分的特點(diǎn)：

1）中碳，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%～0.45%，以保證高硬度、高韌性和較高的熱疲勞抗力。

2）加入較多提高淬透性的元素Cr、Mn、Si，Mn可以改變鋼在凝固時所形成氧化物的性質(zhì)和形狀，避免S在晶界上形成低熔點(diǎn)的FeS，而以具有一定塑性的MnS存在，從而消除S的有害影響，改善H13的熱加工性能，Cr和Si又可以提高回火穩(wěn)定性。

3）加入產(chǎn)生二次硬化的元素Mo、V，能有效防止第二類回火脆性，提高回火穩(wěn)定性。

研究發(fā)現(xiàn)，H13鋼退火組織中出現(xiàn)碳化物網(wǎng)狀有兩種原因：其一是鍛后組織中奧氏體晶界已有細(xì)小的二次碳化物存在，鍛后高溫加熱過程碳化物網(wǎng)沒有完全被熔掉，在球化退火時得以保留；其二是鍛后高溫加熱后淬火冷卻速度偏慢，過飽和奧氏體可能在冷卻過程中沿晶界析出二次碳化物，球化過程中碳化物進(jìn)一步析出加粗。退火組織中已存在的碳化物網(wǎng)，在淬火+回火后，雖然很少形成全封閉網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)孔一般比較粗大，采用硝酸酒精溶液浸蝕磨面就能觀察到白色網(wǎng)絡(luò)，采用熱染色可以更好地提高其清晰度。這種碳化物會嚴(yán)重影響模具鋼的沖擊韌性和等向性，導(dǎo)致模具早期失效。

試驗表明，終鍛溫度控制不好、鍛后加熱溫度過低及加熱后冷卻速度偏慢都會造成H13模具鋼組織中出現(xiàn)大量網(wǎng)狀碳化物，影響模具的性能和使用壽命，而加熱溫度越高，淬火冷卻強(qiáng)度越大，球化退火所得到的退火顯微組織越均勻，網(wǎng)狀碳化物越少，無缺口沖擊性能也越好。試驗發(fā)現(xiàn)，鍛后通過1100℃左右的高溫加熱，然后快速冷卻能夠有效避免和消除網(wǎng)狀碳化物，獲得均勻、理想的退火顯微組織和性能。