H13鋼是一種具有優良的熱強性、淬透性、紅硬性和抗冷熱疲勞性能的含Cr型熱作模具鋼,廣泛地應用于熱擠壓模、壓鑄模和熱鍛模,H13鋼是目前在鋁合金壓鑄模領域應用最為廣泛的一種熱作模具鋼。H13鋼的正常淬火加熱溫度為1020~1050℃,高溫加熱后淬火可以提高斷裂韌性,從而增加熱作模具鋼的疲勞裂紋擴展抗力,高溫回火又可以提高材料的塑性和韌性,兩者都有利于改善熱作模具鋼的熱疲勞性能。所以,探討H13鋼在高溫淬回火下的強韌性對于其熱處理工藝的進一步優化具有一定的指導意義。
實驗原始材料為經真空和電渣重熔后的商用H13鋼Φ30mm棒料,其化學成分(質量分數,%)為0.41C,1.00Si,0.37Mn,4.95Cr,1.27Mo,0.98V,其余為Fe。試件的熱處理工藝為:先將試件加熱到780℃保溫30min,再繼續分別加熱到1060℃、1090℃,保溫20min油淬。接著將淬火后的試件在590℃回火兩次,每次2h。為了減少試件在高溫下的脫碳,熱處理爐中事先放入少量的木炭。
將熱處理后的試件進行取樣,按照GB6397-86加工標準拉伸試樣;按照北美壓鑄協會NADCA#207-2003標準,加工成10mm×10mm×55mm的標準V型缺口沖擊試樣。室溫拉伸和沖擊實驗分別在CMT4105微機電子萬能試驗機和JB-30B沖擊試驗機上完成。采用飽和苦味酸水溶液浸蝕奧氏體晶界,用5%的HNO3酒精浸蝕試樣的組織,隨后在9XB-PC正置金相顯微鏡下觀察試樣的晶粒大小與組織形貌。利用VDT512顯微硬度計測試試樣的回火硬度,為了保證結果的準確性,每個試樣測試6個結果取平均值。試樣的拉伸和沖擊斷口的形貌觀察使用JSM-6480LV掃描電子顯微鏡來完成。研究結果表明:
(1)H13鋼在1060、1090℃淬火并經590℃回火后,淬火溫度越高奧氏體晶粒越大。1090℃淬火后材料的抗拉強度及硬度比1060℃淬火的分別提高了6.15%和4.5%,但其斷后伸長率及沖擊功分別下降了12.24%和13.67%。
?。?)H13鋼在1060℃淬火+590℃回火時具有優良的強韌性配合,對于要求熱硬性和高強度為主的模具,可以適當地提高淬火溫度但以不超過1090℃為宜。