4Cr5MoSiV1热作模具钢热疲劳中碳化物粗化动力学分析

用透射电子显微分析了4Cr5MoSiV1钢热疲劳后的显微结构变化，结果表明，在热疲劳过程中M23C6碳化物粒子发生粗化，M23C6的尺寸r和热疲劳循环次数间并不服从简单的指数关系。表明经典理论不完全适合M23C6碳化物在热疲劳过程中的粗化行为。从经典扩散理论出发，考虑多组元扩散问题，得到了球状碳化物在热疲劳过程中的粗化方程。根据Thermo-calc热力学计算结果，进一步证实了富Cr的M23C6碳化物在热疲劳过程中为易粗化碳化物，与实验结果吻合。     

回火温度对4Cr5MoSiV1钢和8407钢热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验方法,研究对比了不同回火温度对4Cr5MoSiV1、8407钢热疲劳性能的影响。观察分析了热疲劳裂纹形貌,采用热疲劳损伤因子定量地研究了两种钢的热疲劳过程,结果表明,两种钢的热疲劳裂纹萌生发生在冷热疲劳循环次数为100-200次之间,在1600次冷热循环前,二者的热疲劳损伤程度无明显的差别,在1600次冷热循环后,8407钢的热疲劳损伤程度低于4Cr5MoSiV1钢。在较低的回火温度条件下,8407钢的热疲劳抗力稍优于4Cr5MoSiV1钢。而在高温回火时8407钢的热疲劳抗力高于4Cr5MoSiVl钢。分析了这两种钢的热疲劳机制,指出决定材料热疲劳裂纹抗力的是钢的热稳定性和钢的强度或硬度。     

4Cr5MoSiV1钢中碳化物对热疲劳性能影响

运用Uddeholm自约束试验法比较4Cr5MoSiV1钢的热疲劳性能，结果表明，材料的组织均匀性对热疲劳性能有明显影响，共晶碳化物及碳化物链状沿晶分布会恶化其热疲劳性能。     

微量Nb对H13钢性能的影响

研究了微量铌对AISI H13钢的力学性能、热稳定性能、回火稳定性、抗高温氧化性及抗冷热疲劳性的影响。结果表明，在H13钢中添加0．01％(质量分数，下同)的铌对力学性能没有明显改善，但热稳定性、回火稳定性和抗高温氧化能力明显提高。运用计算机图像处理技术对比研究两种材料的热疲劳裂纹变化规律显示，含微量铌的H13钢的热疲劳抗力明显比不含铌的H13钢要高，即微量铌的添加显著提高了抗热疲劳性能。     

H13钢热疲劳后碳化物形态和组分的变化

采用薄膜电子衍射和萃取复型方法研究了压铸模具用钢H13钢经热疲劳后的碳化物形态和组分变化.结果表明,H13钢在热疲劳过程中表层硬度发生循环软化,循环软化主要与富铬的M23C6碳化物粒子的粗化和位错密度的降低有关.H13钢中富Cr的球状的M23C6碳化物在热疲劳过程中的成分变化是影响材料表层热疲劳循环软化的一个重要因素.球状的M23C6碳化物在热疲劳过程中,Cr和Mo等合金元素的含量在增加,而V的含量相对减少.     

4Cr5MoSiV1和45钢耐磨性对比研究

采用销盘式高温摩擦磨损试验机,在25～400℃下对4Cr5MoSiV1和45钢进行磨损试验,对比两种钢的耐磨性,并探讨了磨损机制.研究表明:在25℃下为粘着磨损,4Cr5MoSiV1和45钢具有相同耐磨性,磨损率随载荷的提高呈线性增加,符合Archard公式;在200℃下为Quinn型氧化轻微磨损,4Cr5MoSiV1和45钢仍然具有相同的耐磨性;随载荷的提高,磨损率先降低后缓慢增加,具有较低的磨损率和增长率;在400℃下为氧化磨损,但不同于Quinn型氧化轻微磨损;随载荷的提高,磨损率快速增加,特别是高载荷下45钢出现塑性挤出,4Cr5MoSiV1钢具有比45钢明显高的耐磨性,归因于其高的热软化抗力.     

热作模具钢4Cr5MoSiV1的热变形行为及本构模型修正

借助Gleeble-3500热模拟试验机和光学显微镜研究热作模具钢4Cr5MoSiV1在变形温度为750～1050℃、应变速率为0.001～0.1 s-1条件下的热变形行为及显微组织特征。结果表明,4Cr5MoSiV1钢的流变应力随温度升高而降低,随应变速率升高而增大;动态再结晶在低应变速率与高变形温度下更易发生;得到4Cr5MoSiV1钢在该变形参数下的热变形激活能为704.73 k J·mol-1,建立了应变量为0.2时的Arrhenius高温本构模型,本构参数的拟合相关系数在95%以上。针对传统本构模型的不足,构建了耦合应变量的改进型本构模型,并对本构参数进行了3次、6次及9次拟合。结果表明,9次拟合的相关系数超过97.94%,可以更准确地预测4Cr5MoSiV1钢的热变形抗力。     

回火温度对4Cr5MoSiV1钢组织和性能的影响

采用光学显微镜、体视显微镜和扫描电镜,并结合性能测试,研究了不同回火温度对4Cr5MoSiV1钢组织和性能的影响。结果表明,随回火温度的提高,组织中马氏体含量减少,逐渐转变为回火索氏体,同时伴随着碳化物和铁素体相的聚集和长大,从而导致钢的强度与硬度降低,而塑性与韧性升高。4Cr5MoSiV1钢在1080 ℃淬火,640 ℃回火,可获得最佳的强韧性配合及良好的抗热疲劳性能。     

Co对4Cr5Mo2V钢组织和强韧性的影响

采用OM、SEM、EDS、硬度测试、室温冲击及高温拉伸等方法研究了Co对4Cr5Mo2V钢的组织和强韧性的影响。结果表明:经1010 ℃淬火30 min,4Cr5Mo2V-Co钢未溶碳化物数量更多,马氏体板条更细;510~600 ℃回火时,4Cr5Mo2V-Co钢的回火硬度较4Cr5Mo2V钢高出1~2 HRC,但二者冲击性能相当;相同初始硬度条件下,4Cr5Mo2V-Co钢具有更高的高温强度,这是因为Co元素的添加促进了4Cr5Mo2V-Co钢二次硬化碳化物的形核速率,并能降低碳化物的粗化速率,从而提高了4Cr5Mo2V-Co钢的强度。     

深冷处理对4Cr5MoSiV1热作模具钢磨损性能的影响北大核心CSCD

为研究深冷处理对4Cr5MoSiV1热作模具钢磨损性能的影响,对不同深冷时间处理的4Cr5MoSiV1钢进行了显微组织分析、硬度测试和磨损性能试验。结果表明:深冷处理可以显著提高4Cr5MoSiV1热作模具钢的硬度和耐磨性能,经1030℃×40 min淬火+(-196℃)×24 h深冷处理+500℃×2 h二次回火处理后,在25和600℃温度条件下的磨损率分别为1.4×10^(-5)和2.7×10^(-5)g·m^(-1),与常规热处理相比,分别降低了30.0%和34.1%,其硬度达到55.2 HRC,较常规热处理提高了14.8%。深冷处理可以使4Cr5MoSiV1热作模具钢组织中的残余奥氏体向马氏体转变,并促使细小且弥散性的碳化物析出,从而提高了其耐磨性能。     

碳含量对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验法,结合SEM、EDS以及Jmat-pro热力学计算软件等研究了碳含量(0.35%和0.71%)变化对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明:提高含碳量后,钢中析出大量细小弥散的MC型碳化物,从而使0.71%C钢的抗回火软化性能和热稳定性能均强于0.35%C钢;冷热疲劳循环1000次后,提高碳含量推迟了疲劳裂纹的萌生,当循环次数增加到2000次后,虽然0.71%C钢表面和基体的软化程度均弱于0.35%C钢,但该钢存在较多尺寸较大且呈聚集状态分布的未溶碳化物,这些碳化物在应力的作用下与基体脱离,脱离处成为裂纹扩展的通道,从而促进了疲劳裂纹萌生和扩展。     

深冷处理对H13钢组织和热疲劳性能的影响

采用OM、SEM、TEM、XRD、显微硬度计以及热疲劳试验机等方法研究了深冷处理对H13型热作模具钢的组织和性能的影响,并与常规淬回火工艺进行了对比分析。结果表明,在常规的淬回火工艺的基础上增加深冷处理有利于细化试验钢的晶粒组织并促进残留奥氏体向马氏体转变。此外,在深冷处理的条件下马氏体晶格由于在极低温易发生收缩而促使碳原子在位错等缺陷处偏聚,回火过程中以碳化物的形式析出。这些析出的大量细小弥散分布的碳化物可钉扎位错,对热循环引起的应力集中起到一定的缓解作用,减缓降低热疲劳裂纹扩展速率。且深冷处理后细小弥散分布的碳化物析出降低了H13钢热疲劳过程中碳化物长大速率,减少了热疲劳裂纹的数量,从而提高热疲劳性能。     

Cr12MoV钢冲裁模的失效分析与热处理工艺优化

Cr12MoV钢冲裁模使用时因过度磨损而早期失效,从服役环境、化学成分、硬度、显微组织进行分析,并采用有限元仿真对冲裁模服役时的温度分布进行计算。结果表明:冲裁模化学成分符合标准规定,硬度略低于技术要求,显微组织中共晶碳化物不均匀度及大块碳化物尺寸超出标准规范,现场测试及仿真计算表明冲裁模服役温度较高(<500 ℃)。冲裁模热处理工艺不当,组织存在缺陷,抗回火稳定性及热疲劳性较差,使用过程中因服役温度较高发生回火软化,从而造成冲裁模的早期磨损失效。建议采用具有高淬高回特征的热处理工艺,利用Cr12MoV钢的二次硬化效应赋予冲裁模良好的抗回火稳定性。利用优化后的工艺生产的冲裁模使用寿命提高至原来的4.62倍。     

Mo对4Cr5Mo2V型热作模具钢热稳定性能的影响

研究了Mo对4Cr5Mo2V型热作模具钢热稳定性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法分析材料的微观组织。结果表明,含1.9%Mo和含2.4%Mo试验钢在600 ℃时的热稳定性能差异较小;在650 ℃时,相比于含2.4%Mo试验钢,含1.9%Mo试验钢经过48 h保温后硬度值低了2.3 HRC,马氏体基体的回复程度更大,出现较多的富Cr的大颗粒球状M₂₃C₆型碳化物,尺寸在150~200 nm之间,而2.4%Mo钢中弥散析出了数量更多的细小M₂C型二次碳化物,阻碍了富Cr型碳化物的长大,因此其碳化物的平均粒径更小,具有更好的热稳定性。     

新型热冲压模具钢的组织与性能

采用SEM、TEM、LF457型激光导热仪,DSC404型差示扫描量热仪和UMT-3型高温摩擦磨损试验机对高强钢板热冲压用新型模具钢的组织和热稳定性能、热物理性能及高温耐磨性能进行研究。试验结果表明:该模具钢具有良好的抗回火软化性能、热稳定性、高热导率和高温耐磨性,能更好地适应高强钢板热冲压工况。新型模具钢的碳化物以Mo₂C和VC为主,使得该钢有更好的抗回火软化和热稳定性。新型钢具有高热导率,在室温下是H13钢的1.4倍。其低Si、Mn、Cr和高Mo的合金化特征是其高热导率的原因。该钢较H13钢有更好的高温耐磨性能,尤其是温度高于600 ℃后耐磨性要远远优于H13钢。新型模具钢良好的耐磨性能有益于减少模具修理频次,提高模具寿命。     

热处理对含铬低碳钢组织与性能的影响

研究了低碳含铬钢950℃淬火后650℃回火,不同的保温时间下,Cr对低碳合金钢调质后性能的影响,并和不加Cr相同成分的钢作了对比。研究发现,当保温时间以2.5 min/mm计算时,加Cr钢的力学性能低于不加Cr同成分的钢,金相组织观察发现Cr能够有效提高低碳合金钢的淬透性,淬火后即使钢板的心部也能获得贝氏体组织,为后续的回火做好组织准备。然而在回火后容易形成M23C6及M7C3碳化物,其稳定性较差,容易聚集长大,且形态为条状,拉伸时容易弯曲破裂,严重破坏钢板的连续性,降低钢板的强度及塑性。对不同回火保温时间的含Cr钢的二次相粒子析出行为研究发现,以1 min/mm计算保温时间时,没有发现含Cr碳化物的析出,但随着保温时间的增加,Cr钢中的含Cr碳化物快速析出,并迅速长大,尤其是以3 min/mm计算保温时间下,含Cr碳化物尺寸已经达到了300 nm。因此对含Cr低碳合金钢,必须采用合适的调质工艺,适当缩短回火保温时间,以降低碳化物的聚集长大,避免回火后强度和塑性的同时降低。     

Effect of Si addition on kinetics of martensitic hot-work die steel during tempering

Dilatometry measurement, transmission electron microscope (TEM), and a three-dimensional atom probe (3DAP) are utilized to study how adding Si affects the kinetics of martensitic steel during tempering. The results show that both the tempering transformation temperature and the activation energy of martensitic hot-work die steel increase remarkably when Si is added. Meanwhile, the film-type retained austenite and the Si-rich region adjacent to the carbides are each observed in tempered martensitic steels. The results suggest that coarsening of carbides is efficiently inhibited and softening of steels is sufficiently delayed.