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H13模具鋼宏觀偏析的原因分析   
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-07-03 | 249 次瀏覽 | 分享到:
H13模具鋼宏觀偏析的原因分析
  
  H13模具鋼宏觀偏析的原因分析
  模具鋼
  一、導言
  
  H13鋼相當于4Cr5MoSiV1,是一種典型的熱作模具鋼。低倍檢驗中經常出現不同程度的偏析,影響鋼材質量。偏析嚴重超過6級,為了提高H13鋼的低水平,有必要分析偏析的原因。
  
  1.選樣
  
  H13鋼通過電爐一次熔煉+VHD精煉的雙重工藝熔煉成錠,然后鍛造成不同尺寸的棒材。測試材料取自140mm棒,化學成分如下:
  
  H13(4Cr5MoSiV1)的化學組成”
  
  化學元素:碳、錳、硅、磷、鎳、鉻、鎢、鉬、銅
  
  低功率試件按規定部位從鋼筋上取下來,腐蝕后的離析為6~7級。根據掃描電子顯微鏡的樣品尺寸,從該低功率試樣上切下試樣。樣品中包含分離帶和基質,用于對比分析。實驗中,通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察偏析形態和夾雜物特征,然后通過掃描電鏡進行元素分析和夾雜物表征,找出偏析原因。
  
  二、測試結果
  
  1.離析的形態特征
  
  腐蝕后低功率樣品的宏觀特征。
  
  從照片上可以看出,樣品的左側有一個較重的偏析帶,顯示出一個較明顯的黑色帶,右側的偏析較淺,其中較淺的顏色為基體。
  
  用掃描電鏡在不同放大倍數下觀察了偏析帶和基體的微觀特征。照片2是掃描電鏡的二次電子圖像。隔離區在左邊,矩陣在右邊。從2-1照片看,隔離帶上的網狀白色區域幾乎是相連的,黑色區域很少?;咨系陌咨W狀結構明顯減少,以間斷開始的黑色區域為主。低倍試樣上的白色網狀區域容易被腐蝕,因此低倍試樣上的分離帶顯示出較暗的顏色。照片2-2是一個放大倍數較高的特征。為了便于描述,二次電子圖像中的白色區域被稱為A區域,黑色區域被稱為B區域。也就是說,在分離區,a區遠遠大于b區,而基體則相反。因此,只要測試區域A和區域B之間的差異,就可以知道分離區域和基體之間的差異。為此,我們在兩個方面進行了元素分析。
  
 ?、苍胤治?/span>
  
  選擇視場,例如照片3左上角的二級電子圖像,并放大大約130倍。照片上的白線是電子束線掃描的位置,包括兩個A區和兩個B區。測試條件顯示在照片3的右上角。樣品的移動距離為04毫米。元素分析結果,如照片3中的六條曲線,分別顯示了白線位置上錳、硅、鉬、碳、鉻和釩的變化??梢钥闯?,a區的碳、鉬、鉻、釩明顯高于b區,a區的分布并不均勻、連續,但波動程度不同,尤其是碳、鉬、釩,推測這些元素多為顆粒狀。用半定量的方法粗略估計,b區的碳約為56%,鉻約為84%,釩約為68%,鉬約為62%,硅和錳沒有差別。因此,偏析帶是由碳、鉻、鉬和釩元素的富集形成的。為了進一步了解這些元素在偏析區和基體中的存在形式和分布狀態,我們進行了顯微組織觀察和部分定性分析。
  
  3.組織觀察和表征
  
  一。初生相和包裹體的特征和表征
  
  拋光后的金相樣品無腐蝕,觀察到偏析區和基體中初生相和夾雜物的分布。觀察到樣品的最后一相有明顯的邊界和一定的形狀,如正方形、三角形和條狀,顯微鏡下呈淡黃色,在偏析區這些相的數量明顯多于基體。樣品中也有黑色夾雜物,其數量明顯少于初生相,分布更加均勻。比如照片4。此外,在觀察過程中,通過改變焦距可以模糊地看到小顆粒的聚集分布,但很難區分分離區和基體的區別。
  
  為了確定初生相和夾雜物中所含的元素,進行了元素表面掃描:成分相中的黑色初生相為(V,Ti)(C,N),但不同初生相顆粒中所含元素的含量不同,有的相差很大,有的顆粒中仍有明顯的鉬。
  
  夾雜物的點狀表面掃描是碳、氧、鉬、鋁、鈦和釩元素表面掃描的結果。上面的黑色顆粒是鋁和鎂的氧化物,外邊緣涂有釩和鈦的碳化物(釩和鈦的碳化物并不都在合金中的氧化物周圍)。左邊的粒子近似為正方形,即(V,Ti)(C,N)。
  
  二。組織特征
  
  拋光后的金相樣品經苦味酸試劑腐蝕后,觀察到的顯微組織為球狀珠光體,如圖5所示,左側為偏析帶結構,右側為基體。從圖5-1可以清楚地看到:在隔離區內,由滲碳體控制的小顆粒密集區。為了了解小顆粒密集區與低功率偏析區的A區和B區之間的關系,我們對金相試樣進行了深腐蝕,并與金相顯微鏡進行了比較。結果顯示在照片5-2中。從圖5-2可以看出,小顆粒密集的區域容易被腐蝕和變黑。隔離區比基體中有更多的黑色區域。在低功率腐蝕的情況下,小顆粒密集的區域也以腐蝕為主,如圖5-3所示,其規律與金相相似。只有金相,低功率腐蝕條件是不同的,低功率腐蝕遠遠大于金相。雖然它們都以腐蝕為主,但腐蝕程度不同,它們的特性略有不同,可以說是相似的。因此,金相試樣中小顆粒的密集區是低功率試樣上的A區,非密集區是B區。
  
  4.硬度測量
  
  從以上分析可以看出,偏析區是鉻、鐵滲碳體和初生碳氮化物小顆粒集中的地方,因此偏析區的硬度應不同于基體的硬度。為此,我們對腐蝕后的金相試樣進行了維氏硬度測試,結果表明,5點偏析帶的平均值為154,基體的平均值為143??梢钥闯?,偏析區的維氏硬度高于基體的維氏硬度(HV10=11)
  
  三。討論
  
  從以上試驗結果可以看出,H13合金低倍試樣的顯微組織為球狀珠光體。珠光體中鉻和鐵的小滲碳體顆粒在合金中分布不均勻,滲碳體顆粒有致密區和非致密區。合金也有一定的形狀,如正方形、三角形等。有明顯的界限。淺黃色的一次碳氮化物是(釩、鈦、鉬)(碳、氮),這些碳氮化物中各種元素的含量明顯不同。碳氮化物在合金中的分布是不均勻的,這與滲碳體小顆粒的分布狀態是一致的,即在滲碳體小顆粒的致密區域有許多碳氮化物。合金斑點夾雜物是鋁和鎂的氧化物,其中一些被釩和鈦的碳氮化物包圍,并且它們的分布相對均勻。
  
  與基體相比,偏析帶的結構明顯不同。偏析帶中滲碳體顆粒的密集區明顯大于基體,初生碳氮化物也大于基體,硬度略高于基體。金相深腐蝕試驗證明滲碳體顆粒易腐蝕,先變黑。低功率也是如此,但低功率的腐蝕能力大于金相,所以表現出比金相更黑、腐蝕面積更大的特點。此外,根據低功率隔離區中A區和B區的元素分析特征,每個元素的峰值對應于相應的粒子。
  
  H13鋼在宏觀檢驗中存在不同程度的偏析,這與該鋼的合金化和生產工藝有關。改善偏析的根本途徑是合理的冶煉和加工工藝,選擇合適的退火工藝來改善偏析,降低偏析水平。
  
  四.結論
  
  (H13鋼低倍試樣的顯微組織為球狀珠光體,滲碳體中主要元素為鉻和鐵,初生相碳氮化物為(v,ti,Mo)(C,n),點狀夾雜物為Al和Mg氮化物,部分夾雜物被v和Ti碳化物包裹。
  
  H13鋼的低功率偏析區是由于合金中的碳、鉻、釩、鉬、鈦等元素的偏析,導致小滲碳體顆粒的形成,一次碳氮化物的偏析,以及它們的優先腐蝕和低功率腐蝕時偏析區的形成。
  
 ?、鄞_定合金成分后,選擇合理的熔煉、加工和退火工藝可以降低偏析程度。
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