喷射成形高合金冷作模具钢的球化热处理及组织研究.pdf

喷射成形高合金冷作模具钢的球化热处理及组织研究 史海生“2，樊俊飞1，颜飞3，乐海荣‘，金冰忠1，彭勇1 (1．宝自{股份研究院，上海201900；2．上海市虹口区老科技工作者协会；3．上海交通大学国家教育部高 温材料』测试重点实验室．上海200030) 摘要：对喷射成形技：忙制备的两种高合金冷作模具钢的球化热处理及组织进行了研究。并与市场提 供的同誊钢种的组织作了对比分析。结果表明；喷射成形LD和V4高台金冷作模具钢不仅具有细小均匀 的等轴i．喷射态组织，而且经过后续简单的热锻或热轧致密化加工和球化热处理，即可获得优良曲球化组 织，明显优于真空熔铸LD钢和目前靠高价进口的粉末冶金w钢。本文工作显示，采用喷射成形技术制 各高合盖冷作模具钢，特别是高档粉末冶金冷作模具钢，在简化生产工艺、降低生产成本、以及缩短生产 周期等Z面，具有显著优势和市场竞争力。 关{毫词；喷射成形，高合金冷作模具钢，球化热处理，组织 1、引言 随亳经济和社会的快速发展．对模具材料尤其是高档冷作模具钢材料的需求目益增多．由此对材料的 生产工艺提出更新更苛刻的要求。对于高合金冷作模具钢材料，采用传统的熔铸工艺-因其冷却速度太慢 而难以避免因高的碳含量和高的合金元素所带来的成分偏析和碳化物分布不均匀以及形成共晶莱氏体问 题，因此须要经过后续多次变向热锻或多步骤热轧变形加工和合理的热处理，方能使材料的组织和性能得 到改善，从而为其实际使用创造条件。粉末冶金工艺己被广泛用于生产高台金工模具钢，瑞典Uddeholm 公司粉井冶金Vanadis4(简称v4)钢便是其中一个典型钢种，它具有高强高韧以及高耐磨的特点，比目 前以D2为代表的通用冷作模具钢具有更优的综合性能，这对延长模具寿命颇为有利。但是，粉末冶金工 艺生产此高性能冷作模具铜，因生产工序复杂而导致生产成本、能源消耗以及生产周期比常规熔铸工艺明 显增加。因而，不利于其推广应用。 为此．人们希望获得一种既能有效解决高合金冷作模具钢通常存在的成分偏析和网状碳化物弊端，又 能满足箱化生产工序、节省生产成本等要求的先进生产工艺，印寻求更实用又更经济的生产工艺以替代粉 末冶金1艺。喷射成形工艺技术恰恰具各人们希望和追求的这种生产工艺的优势和长处，因为喷射成形技 术兼有粉末冶金和冶金铸造方法的优点，又避免了二者的不足，目前被广泛用于铝台金、高温合金、铁基 合金、银台金、金属间化合物、金属基复合材料等多科·高性能结构材料和功能材料的制备[1]，因而电特 别适用于高合金冷作模具钢的制备，这是因为喷射成形工艺具有快速凝固特点，在抑制高台金冷作模具钢 的元素偏析和碳化物不均匀分布方面。会产生显著作用和效果。 宝钢介入喷射成形工艺技术研究及其材料开发已有多年，取得了不少成果。本文就宝钢采用喷射成形 技术研制的两种高合盒冷作模具钢的球化热处理及其组织进行了研究，并将结果与传统的熔铸工艺以及粉 末冶金同类钢种作了对比分析。 2、实验材料与方法 钢，碳含量有了一定幅度减少，同时cr含量也相应减少，在保证淬火后有较多马氏体和适量的碳化物必 达到高强度、高耐磨性的同时，过剩碳化物含量则大为降低，韧性由此得到改善和提高，并能保证足够的 淬透性。LD钢中钼和钒含量有所提高，并添加了适量的si元素。钼与碳生成钼碳化物，淬火时大部分溶 解，回火时以碳化物形式析出，是强烈的二次硬化元素，并使钢有较好的回火稳定性。钒也能起到二次硬 化、耐磨和提高韧性和回火稳定性的作用。si能强化基体，同时提高钢的抗回火稳定性。有关传统熔铸工 艺LD钢的研究工作已有不少文献报道，其综合性能明显优于Crl2MoV钢[2—9]。 袭1 LD和V4冷作模具钢名义成分 实验用喷射成形LⅡ和v4高合金冷作模具钢材料在宝钢喷射成形设备上制取，其工艺过程简述如下： 将母合金料放入感应炉内加热，使之熔化，在高于熔点某个温度区域下保持一段时间，使熔体的温度和成 分达到均匀，然后由导液管流出的熔体液柱在高压氮气的喷射快速冷却作用下，被雾化成细小液滴，沉积 在位于雾化舱底部的接受基板上，迅速凝固而形成块体坯料。 先将喷射成形坯料热锻或热轧致密化变形加工。然后砂冷，再进行球化热处理，以期获得可供后续淬 回火处理的球化组织。使用金相显微镜和透射电镜(T酬)对母合金棒料、喷射态坯料、热锻或热轧后经 -95— 一96- 球化退火处埋样品，以及