氮含量對熱作模具鋼4Cr5Mo2V熱疲勞性能的影響

4Cr5Mo2V鋼是在H13鋼基礎(chǔ)上開發(fā)的新一代熱作模具鋼，其在熱強(qiáng)性、韌性、抗回火軟化性能及熱疲勞性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異，滿足了當(dāng)前模具制造業(yè)對大型壓鑄模、熱鍛模、熱擠壓模材料的需求。通過對實際應(yīng)用中不同氮含量的熱作模具使用性能的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)氮含量較高的熱作模具鋼性能較含量低的差，而國內(nèi)外在氮含量對熱作模具鋼方面的研究甚少。因此，本課題以4Cr5Mo2V熱作模具鋼為研究對象，從裂紋的萌生、擴(kuò)展過程，并結(jié)合截面硬度梯度及損傷因子，對比分析了氮含量對其熱疲勞性能的影響，為模具鋼生產(chǎn)企業(yè)提供熱作模具鋼氮含量的控制方向。

試驗材料為某特鋼廠采用先進(jìn)冶煉技術(shù)，并結(jié)合多向鍛造、高溫擴(kuò)散處理及超細(xì)化處理等制造工藝生產(chǎn)的3塊熱作模具鋼4Cr5Mo2V模塊，3塊試驗鋼合金成分保持基本一致，并具有極高的純凈度、致密度，較低的硫、磷及氧、氫含量，僅將氮含量調(diào)整為3個不同水平，具體成分見表1。分別從含量為0.0044、0.008和0.0105%的4Cr5Mo2V鋼上線切割切取試樣3組。將所有試樣在1030℃保溫30min后油淬，然后在600～610℃回火兩次，每次2h，將硬度提高到46.5～47.5HRC。加工成熱疲勞試樣。

表1  4Cr5Mo2V試驗鋼的硫、磷、氧、氫、氮含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

根據(jù)GB/T 15824-2008并結(jié)合本課題組自主搭建的自約束冷熱疲勞試驗設(shè)備進(jìn)行熱疲勞試驗。熱循環(huán)方式：25～700℃，加熱時間為4.5s，冷卻時間8.6s，加熱與冷卻時間間隔均為0.5s，冷卻介質(zhì)為自來水。

分別對3組試樣進(jìn)行100、300、400、1000、2000、3000次熱疲勞試驗。試驗結(jié)束后，對試樣進(jìn)行處理，結(jié)合變倍體視顯微鏡觀察并拍攝表面或截面裂紋形貌、采用高分辨掃描電鏡觀察熱疲勞試樣表面和心部的微觀組織、采用顯微硬度計測量熱疲勞試樣截面硬度梯度的變化及熱疲勞損傷因子計算機(jī)輔助分析軟件對3組試樣的熱疲勞損傷程度進(jìn)行評價。