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H13模具钢宏观偏析的原因分析   
来源: | 作者:13963813331 | 发布时间: 2020-07-03 | 1450 次浏览 | 分享到:
H13模具钢宏观偏析的原因分析
  
  H13模具钢宏观偏析的原因分析
  模具钢
  一、导言
  
  H13钢相当于4Cr5MoSiV1,是一种典型的热作模具钢。低倍检验中经常出现不同程度的偏析,影响钢材质量。偏析严重超过6级,为了提高H13钢的低水平,有必要分析偏析的原因。
  
  1.选样
  
  H13钢通过电炉一次熔炼+VHD精炼的双重工艺熔炼成锭,然后锻造成不同尺寸的棒材。测试材料取自140mm棒,化学成分如下:
  
  H13(4Cr5MoSiV1)的化学组成”
  
  化学元素:碳、锰、硅、磷、镍、铬、钨、钼、铜
  
  低功率试件按规定部位从钢筋上取下来,腐蚀后的离析为6~7级。根据扫描电子显微镜的样品尺寸,从该低功率试样上切下试样。样品中包含分离带和基质,用于对比分析。实验中,通过金相显微镜和扫描电镜观察偏析形态和夹杂物特征,然后通过扫描电镜进行元素分析和夹杂物表征,找出偏析原因。
  
  二、测试结果
  
  1.离析的形态特征
  
  腐蚀后低功率样品的宏观特征。
  
  从照片上可以看出,样品的左侧有一个较重的偏析带,显示出一个较明显的黑色带,右侧的偏析较浅,其中较浅的颜色为基体。
  
  用扫描电镜在不同放大倍数下观察了偏析带和基体的微观特征。照片2是扫描电镜的二次电子图像。隔离区在左边,矩阵在右边。从2-1照片看,隔离带上的网状白色区域几乎是相连的,黑色区域很少。基底上的白色网状结构明显减少,以间断开始的黑色区域为主。低倍试样上的白色网状区域容易被腐蚀,因此低倍试样上的分离带显示出较暗的颜色。照片2-2是一个放大倍数较高的特征。为了便于描述,二次电子图像中的白色区域被称为A区域,黑色区域被称为B区域。也就是说,在分离区,a区远远大于b区,而基体则相反。因此,只要测试区域A和区域B之间的差异,就可以知道分离区域和基体之间的差异。为此,我们在两个方面进行了元素分析。
  
  ⒉元素分析
  
  选择视场,例如照片3左上角的二级电子图像,并放大大约130倍。照片上的白线是电子束线扫描的位置,包括两个A区和两个B区。测试条件显示在照片3的右上角。样品的移动距离为04毫米。元素分析结果,如照片3中的六条曲线,分别显示了白线位置上锰、硅、钼、碳、铬和钒的变化。可以看出,a区的碳、钼、铬、钒明显高于b区,a区的分布并不均匀、连续,但波动程度不同,尤其是碳、钼、钒,推测这些元素多为颗粒状。用半定量的方法粗略估计,b区的碳约为56%,铬约为84%,钒约为68%,钼约为62%,硅和锰没有差别。因此,偏析带是由碳、铬、钼和钒元素的富集形成的。为了进一步了解这些元素在偏析区和基体中的存在形式和分布状态,我们进行了显微组织观察和部分定性分析。
  
  3.组织观察和表征
  
  一。初生相和包裹体的特征和表征
  
  抛光后的金相样品无腐蚀,观察到偏析区和基体中初生相和夹杂物的分布。观察到样品的最后一相有明显的边界和一定的形状,如正方形、三角形和条状,显微镜下呈淡黄色,在偏析区这些相的数量明显多于基体。样品中也有黑色夹杂物,其数量明显少于初生相,分布更加均匀。比如照片4。此外,在观察过程中,通过改变焦距可以模糊地看到小颗粒的聚集分布,但很难区分分离区和基体的区别。
  
  为了确定初生相和夹杂物中所含的元素,进行了元素表面扫描:成分相中的黑色初生相为(V,Ti)(C,N),但不同初生相颗粒中所含元素的含量不同,有的相差很大,有的颗粒中仍有明显的钼。
  
  夹杂物的点状表面扫描是碳、氧、钼、铝、钛和钒元素表面扫描的结果。上面的黑色颗粒是铝和镁的氧化物,外边缘涂有钒和钛的碳化物(钒和钛的碳化物并不都在合金中的氧化物周围)。左边的粒子近似为正方形,即(V,Ti)(C,N)。
  
  二。组织特征
  
  抛光后的金相样品经苦味酸试剂腐蚀后,观察到的显微组织为球状珠光体,如图5所示,左侧为偏析带结构,右侧为基体。从图5-1可以清楚地看到:在隔离区内,由渗碳体控制的小颗粒密集区。为了了解小颗粒密集区与低功率偏析区的A区和B区之间的关系,我们对金相试样进行了深腐蚀,并与金相显微镜进行了比较。结果显示在照片5-2中。从图5-2可以看出,小颗粒密集的区域容易被腐蚀和变黑。隔离区比基体中有更多的黑色区域。在低功率腐蚀的情况下,小颗粒密集的区域也以腐蚀为主,如图5-3所示,其规律与金相相似。只有金相,低功率腐蚀条件是不同的,低功率腐蚀远远大于金相。虽然它们都以腐蚀为主,但腐蚀程度不同,它们的特性略有不同,可以说是相似的。因此,金相试样中小颗粒的密集区是低功率试样上的A区,非密集区是B区。
  
  4.硬度测量
  
  从以上分析可以看出,偏析区是铬、铁渗碳体和初生碳氮化物小颗粒集中的地方,因此偏析区的硬度应不同于基体的硬度。为此,我们对腐蚀后的金相试样进行了维氏硬度测试,结果表明,5点偏析带的平均值为154,基体的平均值为143。可以看出,偏析区的维氏硬度高于基体的维氏硬度(HV10=11)
  
  三。讨论
  
  从以上试验结果可以看出,H13合金低倍试样的显微组织为球状珠光体。珠光体中铬和铁的小渗碳体颗粒在合金中分布不均匀,渗碳体颗粒有致密区和非致密区。合金也有一定的形状,如正方形、三角形等。有明显的界限。浅黄色的一次碳氮化物是(钒、钛、钼)(碳、氮),这些碳氮化物中各种元素的含量明显不同。碳氮化物在合金中的分布是不均匀的,这与渗碳体小颗粒的分布状态是一致的,即在渗碳体小颗粒的致密区域有许多碳氮化物。合金斑点夹杂物是铝和镁的氧化物,其中一些被钒和钛的碳氮化物包围,并且它们的分布相对均匀。
  
  与基体相比,偏析带的结构明显不同。偏析带中渗碳体颗粒的密集区明显大于基体,初生碳氮化物也大于基体,硬度略高于基体。金相深腐蚀试验证明渗碳体颗粒易腐蚀,先变黑。低功率也是如此,但低功率的腐蚀能力大于金相,所以表现出比金相更黑、腐蚀面积更大的特点。此外,根据低功率隔离区中A区和B区的元素分析特征,每个元素的峰值对应于相应的粒子。
  
  H13钢在宏观检验中存在不同程度的偏析,这与该钢的合金化和生产工艺有关。改善偏析的根本途径是合理的冶炼和加工工艺,选择合适的退火工艺来改善偏析,降低偏析水平。
  
  四.结论
  
  (H13钢低倍试样的显微组织为球状珠光体,渗碳体中主要元素为铬和铁,初生相碳氮化物为(v,ti,Mo)(C,n),点状夹杂物为Al和Mg氮化物,部分夹杂物被v和Ti碳化物包裹。
  
  H13钢的低功率偏析区是由于合金中的碳、铬、钒、钼、钛等元素的偏析,导致小渗碳体颗粒的形成,一次碳氮化物的偏析,以及它们的优先腐蚀和低功率腐蚀时偏析区的形成。
  
  ③确定合金成分后,选择合理的熔炼、加工和退火工艺可以降低偏析程度。
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