D2鋼是一種高碳高鉻萊氏體型冷作模具鋼,其特點(diǎn)是含碳量高、合金元素多,鋼中存在大量的碳化物,脆性大,變形抗力大,鍛造溫度范圍較窄,脫碳傾向大;具有高硬度、高耐磨性、良好韌性及優(yōu)良的抗變形性能。由于該鋼中存在大量的碳化物,且偏析嚴(yán)重,因此不同的熱處理工藝對(duì)鋼的性能有很大的影響。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)比研究預(yù)冷球化退火工藝與常規(guī)球化退火工藝,分析不同熱處理?xiàng)l件下,D2鋼的組織性能變化。
試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1 所示,由表1可知,實(shí)測(cè)含量與D2(Cr12MoVCo)鋼含量有較大不同,最明顯的是Si含量高,達(dá)到1.1%,還加入了一定量的合金元素W,同時(shí)Cr含量有所降低。Cr含量降低的作用是減少Cr的粗大共晶碳化物;Si的作用是強(qiáng)化基體,彌補(bǔ)碳化物的不足;W的作用是提高試驗(yàn)鋼的熱穩(wěn)定性。
表1 試驗(yàn)D2鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)
材料
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C
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Si
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Mn
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Cr
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Mo
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V
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Ni
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Co
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S
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P
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W
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設(shè)計(jì)含量
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1.3~1.4
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0.5~0.7
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0.4~0.5
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11
~
13
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1.0~1.2
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0.8~1.0
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0.3~0.5
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0.4~0.5
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≤0.02
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≤0.03
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實(shí)測(cè)含量
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1.37
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1.1
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0.37
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10.98
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0.8
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0.81
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0.36
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0.32
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0.018
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0.021
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0.33
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將棒材線切割加工成10mm×10mm×10mm的小試樣若干,采用實(shí)驗(yàn)室馬弗爐進(jìn)行球化退火試驗(yàn)。對(duì)于D2型冷作模具鋼的奧氏體化溫度要選擇在Ac1溫度附近,實(shí)測(cè)該試驗(yàn)鋼的Ac1溫度為827℃,由于鋼中含有大量呈斷續(xù)分布的共晶碳化物,可適當(dāng)提高奧氏體化溫度,促進(jìn)碳化物的溶解,使得在等溫球化時(shí)基體中有足夠的合金元素能從基體中析出球化。
將試樣分成6組,分別加熱至780、820、860、900、940、980℃等不同溫度保溫15min,出爐水冷至400℃,之后迅速放入730℃的馬弗爐中保溫30、60、90、120min,之后出爐空冷。常規(guī)球化退火工藝為:選擇退火溫度為860℃,保溫時(shí)間1h,冷卻時(shí)選擇在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變時(shí)間最短的溫度740℃左右等溫球化,可以較快完成轉(zhuǎn)變,保溫時(shí)間為6h,爐冷至500℃,出爐空冷。
利用HR150型洛氏硬度計(jì)測(cè)試不同預(yù)冷球化退火溫度下試樣的硬度值。采用ZESS Axioplan 2多功能金相顯微鏡對(duì)試驗(yàn)鋼的退火組織進(jìn)行觀察。通過(guò)Nova 400 Nano SEM場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)最優(yōu)預(yù)冷球化退火工藝及常規(guī)球化退火工藝處理后的試驗(yàn)鋼樣品進(jìn)行SEM-EDS分析。結(jié)果表明:
(1)預(yù)冷球化退火的最優(yōu)工藝為在860℃保溫15min,水冷至400℃,立即在730℃保溫60~90min,最后出爐空冷。其材料硬度低于最優(yōu)常規(guī)球化退火硬度,并且組織中的粒狀碳化物更細(xì)小,分布更均勻,大大縮短退火處理時(shí)間。
(2)當(dāng)730℃等溫時(shí)間達(dá)到120min以上時(shí),粒狀碳化物逐漸長(zhǎng)大,顆粒粗化。
(3)退火組織中主要存在兩相,即鐵素體基體相和M7C3型碳化物相,塊狀碳化物和灰色粒狀一次碳化物為含較少量V、Mo、W、富Cr的M7C3型碳化物;白色粒狀二次碳化物主要為球化工藝析出的含W、Mo較多的M7C3型碳化物。