锻造比对H13模具钢晶粒组织遗传规律的影响.pdf

第42卷第10期Vol． 42 No． 10FORGlNG 2．贵州省冶金工程与过程节能重点实验室,贵州贵阳550025)摘要:为探究锻造比对H13模具钢晶粒组织遗传性的影响,在实验室条件下对H13模具钢进行真空冶炼,并加工成锻造比不同的锻件。观察锻造前后、不同锻造比下以及锻件在进行860 ℃等温球化退火后的金相组织变化。研究结果表明:锻造比为1时,经等温球化退火后H13模具钢晶粒保持了原试样的组织形态,具有明显的遗传现象;随着锻造比的增大,晶粒度增加,晶粒细化,晶粒组织的遗传性减弱;当锻造比为4时,晶粒度达到8． 1,达到超细晶粒等级,晶粒组织的遗传现象基本消除;随着锻造比的增大,晶粒破碎明显增加,弱化了其组织的遗传性。关键词: H13模具钢;锻造;晶粒度;遗传性;锻造比DOI: 10． 13330/j． issn． 1000-3940． 2017． 10． 003中图分类号: TG314 文献标识码: A 文章编号: 1000-3940 (2017) 10-0009-04Influence of forging ratio on heredity rules of grain structure for die steel H13Li Changrong 1,2, Zhang Qian 1,2, Wang Peng 1,2(1. College of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. Guizhou ProvinceKey Laboratory for Metallurgical Engineering and Process Energy Saving, Guiyang 550025, China)Abstract: To investigate the influence of forging ratio on the grain structure heredity of die steel H13, the die steel H13 was vacuum smel-ted in the laboratory and processed into forgings with different forging ratios, and the microstructure changes before and after forging underdifferent forging ratios and isothermal spheroidizing at 860 ℃were observed. The results show that when the forging ratio is 1, the grain ofdie steel H13 after isothermal spheroidizing keeps its original grain and appears obvious heredity phenomenon. When the forging ratio in-creases, the grain size increases and refines, and the heredity of grain decreases. When the forging ratio is 4, the grain size is up to 8． 1with super grain level, and the heredity of grain is almost eliminated. Thus, with the forging ratio increasing, the grain is significantly bro-ken, and the heredity of grain is obviously weakened.Key words: die steel H13; forging; grain size; heredity; forging ratio收稿日期: 2017 -05 -08;修订日期: 2017 -07 -23基金项目:贵州省科技厅重点工业攻关项目(黔科合GY 【2012】3016)作者简介:李长荣(1963 - ),男,博士,教授E-mail: cr263@163． comH13热作模具钢具有优良的热强性、热疲劳性以及综合力学性能,在国内外被广泛用于铝合金压铸模、热锻压模和热挤压模[1 -4]。 H13模具钢铸锭由于表面和心部冷却速度不同,造成表面组织细小均匀,心部组织晶粒粗大,严重影响锻件的性能[5]。锻件的组织和力学性能与很多因素有关,而锻造比是影响锻件质量的最主要因素之一[6 -7]。锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法,锻造比越大,锻件的变形程度就越高,而变形程度直接关系到材料最终夹杂物尺寸、材料共晶碳化物的破碎程度、材料最终成形后的晶粒大小等,对材料的综合性能产生较大的影响[8 -11]。1 实验材料及方法1． 1 实验材料实验原料来源于某钢厂的废弃H13模具钢,在实验室条件下用真空冶炼炉重新冶炼,脱氧后进行浇铸,然后用电火花切割机加工成10 mm ×10 mm ×10 mm的金属试样进行成分分析,并测定其化学成分。钢锭的化学成分见表1。H13模具钢钢锭锻前的金相试样,用苦味酸腐蚀后,在光学显微镜下观察晶粒组织,并用image -pro plus软件计算其晶粒度大小为5． 2,如图1所示。表1 H13模具钢的化学成分(% ,质量分数)Table 1 Chemical compositions of die steel H13(% , mass fraction)C Cr Mo Si V0． 423 5． 28 1． 30 0． 805 0． 894Ni Mn P As Cu0． 0576 0． 396 0． 0092 0． 181 0． 115图1 原始试样金相组织Fig． 1 Metallurgical structure of original sample图2 锻后未经球化退火的H13模具钢金相组织(a)锻造比为1 (b)锻造比为2 (c)锻造比为3 (d)锻造比为4Fig． 2 Metallographic structures of die steel H13 after forging without spheroidizing annealing(a) Forging ratio of 1 (b) Forging ratio of 2 (c) Forging ratio of 3 (d) Forging ratio of 41． 2 实验方法对冶炼后的H13模具钢锭采用750 kg空气锤锻造,在1050 ℃下以不同的锻造比1, 2, 3, 4进行锻造拔长后,切割成金相试样,用苦味酸腐蚀后,在光学显微镜下观察晶粒组织变化。对锻后试样进行860 ℃等温球化退火后再次制成金相试样,用苦味酸腐蚀后,在光学显微镜下观察其晶粒组织变化,并用image - pro plus软件计算其晶粒度大小。2 实验结果及分析2． 1 锻造对金相组织的影响H13模具钢锭以不同的锻造比1, 2, 3, 4进行锻造后,未经860 ℃等温球化退火的金相组织如图2所示。从图2中可明显看出:晶粒被破碎,锻造比越大,晶粒破碎越明显;图2a中,因锻造比较小,原始试样晶粒几乎没有变化;图2b和图2c中,原始试样晶粒被破碎,晶粒内有很多亚晶界产生;图2d中,大晶粒被破碎成很多细小颗粒。因锻造比01锻 压 技 术 第42卷使晶粒破碎,晶界增加,储存能增加,为860 ℃等温球化退火阶段晶粒回复再结晶提供了更多形核点和储存能,从而使晶粒细化,消除金属组织遗传性。2． 2 锻造比对H13模具钢组织遗传性的影响锻后试样经860 ℃等温球化退火后的金相组织如图3所示。从图3中可以看出:试样经退火后,锻造比最大的试样的金相组织与原始试样相比,晶粒变得更细小,粗大的晶粒组织经过锻造后没有遗传给退火组织;随着锻造比越大,退火后的晶粒越细小,晶粒度越大。金属变形时要消耗较多能量,这些能量大部分转化为热,使金属的温度升高,小部分以储存能的形式保留在金属中,由于该储存能的产生,使金属具有较高的自由能和热力学不稳定状态,因此,储存能就成了变形金属在加热时发生回复与再结晶的驱动力。当变形金属加热时,加热到一定温度后,大部分储存能会以热的形式释放出来。锻造比的增加,使形变储存能增加,为变形金属在加热时发生回复与再结晶提供了更多的驱动力,晶粒形核速率加快;同时,随锻造比增加,形核点增多,加快形核速率,形成细小晶粒,减弱甚至消除组织遗传性。图3 等温球化退火后的H13模具钢金相组织(a)锻造比为1 (b)锻造比为2 (c)锻造比为3 (d)锻造比为4Fig． 3 Metallographic structures of die steel H13 after isothermal spheroidizing annealing(a) Forging ratio of 1 (b) Forging ratio of 2 (c) Forging ratio of 3 (d) Forging ratio of 4经计算,各锻造比下的晶粒度大小如图4所示。由图4可得:锻造比为1时,等温球化退火后H13模具钢的晶粒度为5． 8,由于锻造比较小,试样组织破碎不明显,晶界总长没有多大变化,导致退火回复再结晶阶段形核点和储存的能量较少,晶粒形核点主要在晶界处形核长大,保持了原始试样组织形态,遗传现象明显;随锻造比增大,晶粒度也增大,锻造比为2时的晶粒度为6． 2,与原始试样相比,晶粒有所细化;当锻造比为3和4时,晶粒明显细化,晶粒度分别为6． 9和8． 1,尤其是当锻造比为4时,原始试样组织破碎程度很大,晶界呈数倍增加,为退火回复再结晶阶段提供了更多的形核点和储存能,与原始试样相比,晶粒细化,组织遗传现象明显减弱。3 结论(1)锻造比为1时的试样,等温球化退火后11第10期李长荣等:锻造比对H13模具钢晶粒组织遗传规律的影响 图4 锻造比对晶粒度的影响Fig． 4 Effect of forging ratio on grain sizeH13模具钢的晶粒度为5． 8,保持了原始试样的组织形态,具有明显的遗传现象。(2)随着锻造比增大,晶粒度增加,晶粒细化,组织遗传规律变弱;当锻造比为4时,晶粒度达到8． 1,达到超细晶粒等级,组织遗传现象明显减弱。(3)随锻造比增大,晶粒破碎明显增加,为等温球化退火阶段晶粒的回复再结晶提供了更多的形核点和储存能,促使晶粒细化,弱化了金属组织的遗传特征。参考文献:[1] Jimenez H, Devia D M, Benavides V, et al. 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