飛機、船舶、坦克和航天飛行器等軍工產品中,60%的零部件都是通過模具直接加工出來的。熱作模具鋼是在高溫環境下,對金屬進行熱加工的模具鋼。隨著航天事業的發展,運用在高溫環境中的材料越來越多,工作熱環境也越來越復雜,因而熱作模具也占有越來越重要的地位。對于熱作模具鋼而言,其硬度、韌性和熱穩定性是最主要的性能指標,這些性能指標決定了熱作模具鋼的使用壽命。
以高強鋼板沖壓成型用熱作模具鋼為工況背景,設計了新型熱作模具鋼5Cr8MoNi2SiV,通過模擬的CCT曲線,分析其熱力學相變規律,為改善該鋼鑄態組織的嚴重偏析,設計了普通常規退火、正火+球化退火和正火+等溫球化退火3種預處理工藝,分析不同工藝對該鋼的組織性能的影響,旨在改善其偏析并降低退火態硬度,改善切削性能,為該鋼的淬(回)火工藝設計做準備,同時為新型熱作模具鋼的開發和應用提供數據支持。
試驗用5Cr8MoNi2SiV鋼由GW無芯中頻感應爐熔煉,原材料成分:C0.56,Si0.54,Mn0.53,Cr7.65,Mo1.56,V0.25,Ni2.55,S0.02,P0.031,Cu0.813,Fe余量。將澆鑄成型的梅花試樣加工成尺寸為Φ20mm×30mm的圓柱試樣,采用RJX-8-3電阻爐進行熱處理。利用Jmatpro軟件對5Cr8MoNi2SiV鋼進行CCT曲線計算模擬。
采用ZEISS200MAT金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織;采用FEI QUANTA 200F型掃描電子顯微鏡觀察材料的表面形貌;采用HRD-150電動洛氏硬度計測定其洛氏硬度值。結果表明:
(1)5Cr8MoNi2SiV鋼不同奧氏體化溫度下的CCT曲線表明,隨著奧氏體化溫度升高,珠光體和貝氏體轉變孕育期增長,說明殘留奧氏體逐漸穩定,淬透性較好,可以使用較慢的冷卻速度得到馬氏體組織,避免應力過大而產生龜裂。
(2)通過對常規退火、正火+球化退火和正火+等溫球化退火3種預處理工藝的微觀組織和硬度值比較,發現5Cr8MoNi2SiV鋼經1090℃×1h正火+880℃×2h+640℃×48h等溫球化退火工藝下,能夠很好地改善碳化物偏析,同時使硬度大大降低,改善機加工性能。