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        SKD11鋼、GD鋼和LD鋼 冷作模具鋼組織與性能的對比

        時間:2020-04-30 09:27:11 點擊次數:

          沖模在使用過程中需要高硬度、高耐磨性以及一定的韌性,為此國內外開發了大量的鋼種以適應冷作模具鋼的工作需要。冷作模具鋼在不同的熱處理工藝下體現不同的組織和性能,因此熱處理工藝對模具的使用壽命有很大的影響。

          現以SKD11鋼、GD鋼(6CrMnSiNiMoV)和LD鋼(7Cr7Mo3V2Si)為研究對象,對3種鋼經過不同溫度淬火+回火后的組織、硬度和沖擊韌性進行分析,并對斷口形貌進行了觀察和分析,以期為實際生產提供依據。

          將熱處理后的試樣進行打磨、拋光后,采用4%的HNO3酒精溶液腐蝕,利用蔡司金相顯微鏡對組織進行觀察,采用HRSS-150型洛氏硬度計測試試樣的硬度,所選載荷為1471N,取5個點的平均值作為試樣的硬度值。采用沖擊試驗機測試樣件在室溫下的沖擊韌性,沖擊能量上限為150J,取5個試樣沖擊吸收能量的平均值作為該試樣的沖擊吸收功,采用TESCANVEGA掃描電鏡對斷口形貌進行觀察。

          3種鋼的組織分析

          SKD11鋼的組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體,SKD11鋼中含碳量高,使回火馬氏體呈現為針狀,碳化物為顆粒狀和不規則塊狀。SKD11鋼中合金元素含量高,屬于萊氏體鋼,鑄態下存在的共晶碳化物,即使鍛造后仍然存在于組織中。淬火時一部分碳化物溶入奧氏體中,經淬火后轉變為馬氏體。SKD11鋼的馬氏體轉變完成溫度約為-80℃,因此淬火后會有部分殘余奧氏體存在。180℃低溫回火時,馬氏體飽和度下降,從馬氏體中析出少量碳化物,組織轉變為回火馬氏體,共晶碳化物和殘余奧氏體繼續保留在組織中。

          GD鋼的組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體,回火馬氏體為細針狀,且較SKD11鋼更加粗大,碳化物多呈顆粒狀且分布較為均勻。GD鋼碳含量和合金元素含量均低于SKD11鋼,屬于高碳低合金鋼,因此淬火加熱時,部分碳化物未能溶入奧氏體中,該部分碳化物多為經過球化退火后的碳化物,而并非共晶碳化物。由于淬火不完整,該鋼在回火后的組織中也會存在少量的殘余奧氏體。淬火后,奧氏體轉變為馬氏體,并在200℃回火后轉變為回火馬氏體,從而獲得回火馬氏體、球狀碳化物和殘余奧氏體的混合組織。

          LD鋼的組織為針狀馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。與SKD11鋼和GD鋼相比,LD鋼中碳化物數量明顯減少,碳化物分布較為均勻且多為球狀,馬氏體針狀特征更加明顯。LD鋼中含有較多的V、Mo等合金元素,在1120℃淬火時,大部分合金元素溶入奧氏體中,少量合金元素以碳化物的形式保留。由于淬火溫度高,奧氏體晶粒得以充分長大,淬火后得到針狀形態較為明顯的淬火馬氏體,回火過程中淬火馬氏體轉變為回火馬氏體,并繼續保留針狀形態。

          3種鋼的硬度結果及分析

          淬火狀態下SKD11鋼的硬度略低于GD鋼和LD鋼,經過回火以后,SKD11鋼的硬度低于GD鋼和LD鋼,GD鋼和LD鋼的硬度相當。淬火后鋼的硬度取決于馬氏體中的含碳量,與合金元素的關系不大。

          3種鋼中有部分碳與合金元素結合,形成了相應的碳化物。低溫回火后,隨著馬氏體過飽和度的下降,馬氏體中析出少量的碳化物,因此硬度較淬火時有所降低。SKD11鋼在回火后硬度低于GD鋼和LD鋼,可能與SKD11鋼中點狀碳化物的析出有關。

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