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模具鋼百科
H13模具鋼宏觀偏析的原因分析
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-06-05 | 280 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,是典型的熱作模具鋼。宏觀分析中經常出現不同程度的偏析,影響鋼材質量。隔離超過6級。因此,為了提高H13鋼的低水平,有必要分析偏析的原因。
  
  1.選樣
  
  H13鋼采用電爐一次精煉+VHD精煉的雙重工藝熔煉成錠,然后鍛造成不同尺寸的棒材。試驗材料取自∣↓→≈140mm棒材,化學成分如下:
  
  H13(4Cr5MoSiV1)的化學組成”
  
  化學元素碳錳硅硫磷鎳鉻鎢釩鉬銅
  
  成分(%)0.41 0.17 0.92 0.003 0.013 0.08 5.13 0.03 0.98 1.26 0.09
  
  宏觀結構試件按規定位置從鋼筋上取下,腐蝕后的離析等級為6-7級。根據掃描電子顯微鏡的樣品尺寸,從低功率試樣上切下試樣。樣品包括用于對比分析的分離區和基質。實驗中,首先用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察偏析的形貌和夾雜物的特征,然后用元素分析和掃描電鏡對夾雜物進行表征,找出偏析的原因。
  
  二、測試結果
  
  1.離析的形態特征
  
  腐蝕后宏觀試件的宏觀特征如圖1所示。
  
  從照片中可以看出,樣品左側有較重的偏析帶,表現為明顯的黑色條紋,右側有較輕的偏析帶,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滌綸的微觀特征。照片2是掃描電鏡的二次電子圖像。左側為隔離區,右側為基體。從2-1照片看,類似于隔離區網絡的白色區域幾乎連在一起,黑色區域很少。矩陣上的白色網絡明顯減少,開始不連續的黑色區域占大多數。像網一樣,白色是低功率試件上的易受影響區域,因此低功率試件上的隔離區顯示較暗的顏色。照片2-2是一個具有更高倍數的特征。為了便于描述,二次電子圖像中的白色區域被稱為區域A,黑色區域被稱為區域B。換句話說,分離區中的區域A比區域B大得多,并且矩陣相反。因此,只要測試區域A和區域B之間的差異,就可以知道分離區和基體之間的差異。為此,我們對兩個區域進行了元素分析。(來源:上海莫礪鋒金屬制品有限公司)
  
  2.元素分析
  
  選擇視場,如照片3左上角的二次電子圖像,放大130倍左右。照片上的白線是電子束線的掃描位置,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。元素分析的結果,如照片3中的六條曲線,分別顯示了白線中錳、硅、鉬、碳、鉻和釩的變化。由此可見,A區的碳、鉬、鉻、釩明顯高于B區,且這些元素在A區的分布并不均勻連續,有不同程度的波動,尤其是碳、鉬、釩的波動更為明顯。由此推斷,這些元素大多以粒狀形式存在。根據半定量的粗略估計,區域B中的碳約為區域A的56%,鉻約為84%,釩約為68%,鉬約為62%,硅和錳在兩個區域之間沒有差異。為了進一步了解這些元素在偏析帶和基體中的存在形式和分布,我們還進行了組織觀察和部分定性分析。
  
  3.組織觀察和特征描述
  
  初生相和夾雜物的特征和特性
  
  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。觀察表明,樣品的最后一相有明顯的邊界,有一定的形狀,如正方形、三角形、條形等。并且在顯微鏡下呈淡黃色,并且這些相在分離區中的數量明顯多于基質的數量。樣品中也有黑色夾雜物,數量明顯少于一次相,分布相對均勻。比如照片4。此外,在觀察中,通過改變焦距可以模糊地看到小顆粒的聚集和分布,但是很難將分離區與基體區分開。
  
  為了確定初生相和夾雜物中所含的元素,進行了元素平面掃描:組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。上部黑色顆粒是鋁和鎂的氧化物,外部邊緣覆蓋有釩和鈦的碳化物(并非合金中的所有氧化物都被釩和鈦的碳化物包圍)。左邊的粒子大約是正方形,分別是(V和Ti)(C和N)。
  
  4.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中可以明顯看出,偏析區密集分布著以滲碳體為主的小顆粒。為了了解小顆粒密集區與宏觀偏析區A區和B區的關系,我們對金相樣品進行了深度腐蝕,并在金相顯微鏡下進行了對比。結果顯示在照片5-2中。從圖5-2可以看出,小顆粒的密集區域容易被腐蝕和變黑。分離區的黑色區域明顯多于基體。在低功率腐蝕的情況下,小顆粒的密集區域也會優先腐蝕,如圖5-3所示,其規律與金相相似。只有金相、低功率腐蝕條件不同,低功率腐蝕力比金相大得多,雖然所有腐蝕都是首選,腐蝕程度不同,呈現出略有不同的特征,可以說是相同的。因此,金相試樣中小顆粒的密集區是宏觀試樣上的A區,非密集區是B區。
  
  5.硬度的測定
  
  從以上分析可以看出,偏析區是鉻、鐵滲碳體和一次碳氮化物的小顆粒集中的地方,因此偏析區和基體的硬度應該不同。為此,韋氏硬度被應用于腐蝕的金相樣品。結果表明,偏析帶測得的5個點的平均值為154,基體的平均值為143。這表明偏析區的維氏硬度高于基體(HV10=11)
  
  三、討論
  
  上述試驗結果表明,H13合金低倍組織試樣的顯微組織為球狀珠光體。珠光體中的鉻和鐵的小滲碳體顆粒不均勻地分布在合金中,具有致密和不致密的滲碳體顆粒。該合金還具有某些形狀,如四邊形、三角形等。淺黃色的一次碳氮化物是(釩、鈦、鉬)(碳、氮),而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,這與小滲碳體顆粒的分布是一致的,即在小滲碳體顆粒的致密區域中有更多的碳氮化物。合金中眾所周知的點狀夾雜物是鋁和鎂的氧化物,其中一些在其外邊緣被釩和鈦的碳氮化物包圍,并且它們的分布相對均勻。
  
  偏析帶的微觀結構明顯不同于基體。偏析帶中滲碳體小顆粒的密度區域明顯大于基體,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,小滲碳體顆粒易腐蝕,優先變黑。同樣的原因是低倍率的腐蝕能力大于金相的腐蝕能力,所以表現出比金相更黑、腐蝕面積更大的特點。另外,根據宏觀偏析帶中A區和B區的元素分析特征,每個元素的峰值對應相應的粒子。
  
  H13鋼在宏觀分析中存在不同程度的偏析,這與鋼的合金化和生產工藝有關。改善偏析的根本途徑是采用合理的冶煉和加工工藝,并選擇合適的退火工藝來改善偏析,降低偏析水平。
  
  四、結論
  
  (H13鋼低倍組織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(釩、鈦、鉬)(碳、氮),點狀夾雜物為鋁和鎂氮化物,部分夾雜物被釩和鈦碳化物包裹。
  
  (H13鋼的宏觀偏析是由于碳、鉻、釩、鉬、鈦等元素的偏析。在合金中,從而形成小的滲碳體顆粒、初生相碳氮化物偏析和在宏觀腐蝕過程中的優先腐蝕,以形成偏析區。
  
  (3)確定合金成分后,通過選擇合理的熔煉、加工和退火工藝,可以降低偏析程度。
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