热作模具钢H13Nb锻造模块组织和性能研究.pdf

模具材料及热处理技术 沛日s $ $ 镕= o 气 5 模具材料及热处理技术 L 署! ；芎、坊、蝣! 矗蛤e 者 片。 矗蛉e 霄旧、! ；写贯 名酾q ：苛! 矗蛤、掣 热作模具钢H13 N b 锻造模块组织和性能研究 马 野，刘宝石，燕云，刘 明 抚顺特殊钢股份有限公司技术中心( 辽宁抚顺1 1 3 0 0 1 ) 【摘要】对H 1 3 加入微量合金元素N b 热作模具钢锻造模块的显微组织和机械性能进行了 研究，结果表明：采用E A F + L F + V D + E S R 工艺可以生产出高纯净度的H 1 3 N b 钢。不淬回火 处理及淬回火处理后的H 1 3 N b 钢都拥有优良的横向冲击及拉伸性能，同时显微组织均匀， 与相同工艺生产的H 1 3 钢相比较冲击韧性有所提高，显微组织差别不大。 关键词：锻造模块；显微组织；机械性能；冲击 中图分类号：T G 6 5 9 ；T G l 4 2 4 5文献标识码：B S t u d yo nM i c r o s t r u c t u r ea n dP r o p e r t i e so f H 1 3 N bH o tW o r kD i eF o r g i n gM o d u l e 【A b s t r a c t 】I nt h i sp a p e rt h eH13a d d i n ga l l o ye l e m e n t so fN bh o tf o r g i n gm i e r o s t r u e t u r ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fd i es t e e lw e r es t u d i e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eE A F + L F + V D + E S R p r o c e s s c a np r o d u c eh i g h p u r i t ys t e e lH13 N b N oq u e n c h i n gt e m p e r i n gt r e a t m e n ta n d q u e n c h i n gt e m p e r i n go fH 13 N bs t e e lw i t ht r a n s v e r s ei m p a c ta n de x c e l l e n tt e n s i l ep r o p e r t i e s A t t h es a m et i m eh o m o g e n e o u sm i e r o s t r u c t u r e ，c o m p a r e dw i t ht h es a m eH 13s t e e l p r o d u c t i o n p r o c e s si m p a c tt o u g h n e s si n c r e a s e d ，l i t t l ed i f f e r e n c ei nm i c r o s t r u c t u r e K e yw o r d s ：f o r g i n gm o d u l e ；m i c r o s t r u c t u r e ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；i m p a c t 1引言 热作模具钢主要用于制造对高温状态的金属进 行热成形的模具，如热锻模具、热挤压模具、压铸模 其中，芯轴最下端为外螺纹，紫色的部分表示其 受力在2 9 3 1 1 0 - 22 9 2 6 M P a ，紫色和浅黄色都有的部 分受力最复杂，也是最危险的部位，受力在2 9 3 1 1 0 - 22 3 3 9 M P a ，紫色和蓝色的部分受力也在2 9 3 1 1 0 5 8 4 9 M P a ，均低于其屈服应力3 5 5 M P a ，故该芯轴 满足强度要求，可以安全的使用。 4 结束语 实践证明，文中所介绍的壳体模具型芯零件的车 床夹具，操作方便，定位准确，结构紧凑且简单，加工 效果较好，它为解决此套类模具零件的装夹加工提供 借鉴，具有一定的参考意义。 参考文献 具、热剪切模具等。H 1 3 是一种典型的热作模具钢， 具有优良的热强性、塑韧性、抗氧化性及热疲劳抗力， 一般在4 0 0 。C 6 0 0 。C 热作场合下服役，适合制造各类 1 南文虎，肖根先，王宏一种自动定心夹具的设计 J 机床 与液压，2 0 1 1 ，3 9 ( 1 8 ) ：3 2 3 3 2 】李银玉，吴敬定位套零件钻孔加工夹具设计 J 】机床与液 压，2 0 1 6 ，4 4 ( 1 6 ) ，7 5 - 7 6 3 王先逵机械加工工艺规程制定 M 】北京：机械工业出版 社，2 0 0 8 4 】陈文一种不停车胀胎车夹具的设计与应用 J 机床与液 压2 0 1 5 ，4 3 ( 2 0 ) ：1 7 8 1 8 2 【5 孙丽媛机械制造工艺及专用夹具设计指导【M 北京：冶金 T 业m 版社，2 0 1 0 作者简介：李学兵，男，1 9 7 9 年生，湖北黄冈人， 讲师，东北大学研究生学历，硕士学位，现任辽宁轨道 交通职业学院数控工程系数控教研室教师，主要从事 机械及数控教学和h 口z - 。 ( 收稿日期：2 0 1 7 0 1 1 6 ) 模具制造 2 0 1 7 年第6 期 7 7 万方数据 模具材料及热处J m 技术 热作模具，如压铸模、热挤压模、高速锤锻模等；也可 用于强韧性要求高的塑料模具、冷作模具。H 1 3 主要 含C r 、M o 、V 等合金元素。本文通过研究H 1 3 加入微 量合金元素N b 的锻造模块显微组织和机械性能，为 H 1 3 N b 钢的实际应用提供了依据，同时为研制其它高 韧性热作模具钢提供了参考。 2 试验方案 本文中用于研究的H 1 3 N b 钢锻造模块生产规格 为1 4 5 2 4 5 m m 。生产工艺流程为：E A F + L F + V D 一电 渣重熔一快锻机开坯_ 精锻机成材一钢材退火，退火 温度为8 2 0 8 4 0 ，该钢退火后硬度2 2 9 H B 。其 化学成分、低倍质量和超声波探伤满足相关要求。 试验对H 1 3 N b 钢锻造模块进行机械性能和显微 组织分析，并与相同工艺生产的H 1 3 钢锻造模块进行 机械性能和显微组织对比分析。 3 试验结果及讨论 3 1 试验材料 本文中用于研究的H 1 3 N b 钢锻造模块生产规格 为1 4 5 2 4 5 m m 。试验用H 1 3 N b 钢锻造模块的冶炼化 学成分如表1 所示。 表1H 1 3 N b 钢的化学成分( 质量分数) 电渣钢锭通过锻造成材，表2 为该模块的非金属 夹杂物级别( 评级按A S T ME 4 5 标准检验) 。 从表2 可以看出，通过电渣冶炼工艺生产的 H 1 3 N b 模块中各类夹杂物粗系均为0 级，氧化物、硫 化物夹杂细系为1 0 级，纯净度满足要求。如图l 所示。 3 2 机械性能 H 13 N b 模块机械性能试引 取自模块横向截面对角线l J 。 处。不淬回火处理冲击试样尺 寸为1 0 1 0 5 5 m m ，开U 型口 淬回火处理冲击试样尺寸为 1 0 1 0 5 5 m m ，开V 型口。热处 理制度淬火温度1 ，0 3 0 ，回夕： 温度5 9 0 。按G B T2 2 9 规；t 检测冲击性能，按G B T2 2 8 规定检测室温拉伸性 能。采用M 5 C 0 3 0 G 3 型布氏硬度计、Z B C 一3 0 0 型冲击 试验机和I N S T R O N4 4 8 3 型电子拉伸试验机检测试 样硬度、冲击及拉伸性能： 表2H 1 3 N b 钢的纯净度 ABCD 规格 粗系细系粗系细系粗系细系粗系细系 1 4 5 x 2 4 5 m mO1 O01 OO001 O 对H 1 3 N b 及H 1 3 模块横向机械性能进行试验，表3 为1 4 5 2 4 5 m m 规格H 1 3 N b 及H 1 3 模块不淬回火处理 机械性能检验对比结果，表4 为1 4 5 2 4 5 m m 规格 H 1 3 N b 及H 1 3 模块淬回火处理机械| 生能检验对比结果。 从表3 及表4 中的数据可以看出，通过电渣冶炼、 锻造生产的H 1 3 N b 钢1 4 5 2 4 5 m m 规格模块对角线l 4 处的机械性能，不淬回火处理冲击达到8 0 5 J ，抗拉 强度达到6 4 9 N m m 2 ；经淬回火处理冲击达到1 8 7 J ，抗 拉强度达到1 ，5 4 9 N m 2 。与相同工艺生产的H 1 3 钢 1 4 5 2 4 5 m m 规格模块对角线1 4 处的机械性能相比 较，H 1 3 N b 钢冲击韧性有所提高，其中不淬回火处理 冲击提高1 9 8 ，淬回火处理冲击提高1 7 6 。 表3H 1 3 N b 及H 1 3 钢模块的不淬回火处理机械性能 冲击功抗拉强度 钢种硬度位置 J N m m ! H 1 3 N b1 8 5 H B对角线1 48 0 56 4 9 H 1 31 8 7 H B 对角线1 4 6 7 26 4 l 表4H 1 3 N b 及H 1 3 钢模块的淬回火处理机械性能 冲击功抗拉强度 钢种硬度位置 J N m m ： H 1 3 N b4 6 2 H R C对角线1 41 8 71 5 4 9 H 1 34 6 0 H R C 对角线1 4 1 5 91 5 5 5 7 8 万方数据 模具材料及热处理技术 3 3 显微组织 H 1 3 N b 钢材进行球化退火处理，为获得均匀粒 状珠光体组织。均匀粒状珠光体分布于铁素体上， 在淬火组织中能获得良好的马氏体组织，可加宽模 具的淬火温度范围，缩小过热敏感性，减少模具变 形和防止淬火冷却裂纹的产生，因此均匀粒状珠光 体组织对模具的最终热处理和使用有着极为重要 的意义。 对H 1 3 N b 和H 1 3 模块显微组织进行观察，图2 为 H 1 3 N b 钢1 4 5 x 2 4 5 m m 规格模块显微组织，图3 为H 1 3 钢1 4 5 x 2 4 5 m m 规格模块显微组织。 根据金相组织观察，从图2 和图3 中对比可以看 出，H 1 3 N b 和H 1 3 球化退火显微组织，铁素体基体上 弥散分布着细小的碳化物质点，为均匀的粒状珠光体 组织。按N A D C A 2 0 7 2 0 0 3 标准评级，图2 和图3 中的 绢织可以被评为A S 5 级均为合格组织。 图3H 1 3 钢锻造模块显暾组织 4 结论 ( 1 ) 采用E A F + L F + V D + E S R 工艺可以生产出高纯 净度的H 1 3 N b 钢，各类夹杂物粗系均为0 级，氧化物、 硫化物夹杂细系为1 0 级。 ( 2 ) H 1 3 N b 钢1 4 5 x 2 4 5 m m 规格模块的机械性能， 与相同工艺生产的H 1 3 钢同规格模块的机械性能相 比较，强度基本相同，H 1 3 N b 钢冲击韧性有所提高，其 中不淬回火处理冲击提高1 9 8 ，淬回火处理冲击提 高1 7 6 。 ( 3 ) H 1 3 N b 和H 1 3 球化退火显微组织，铁素体基 体上弥散分布着细小的碳化物质点，为均匀粒状珠光 体组织。按N A D C A 2 0 7 2 0 0 3 标准评级，组织均可以 被评为A S 5 级，为合格组织。 参考文献 1 】陈再枝，蓝得年模具钢手册 M 】北京：冶金工业出版社。 2 0 0 0 2 陈再枝，马党参塑料模具钢应用手册 M 】北京：化学工业 出版社，2 0 0 5 3 】崔振铎，刘华山金属材料及热处N I M I 长沙：中南大学出 版社，2 0 1 0 第一作者简介：马野，男，