高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制_智造资料网打造智能制造3D图纸下载,在线视频,软件下载,在线问答综合平台

模具素有“工业之母”的美誉，模具的发展水平反应了一个国家工业化发展水平的高低，现代工业技术的进步对模具行业提出了新的要求，工业产品的进步升级伴随着对模具服役能力的提升，因此要求提供具有高硬度、高强度的模具材料。

目前改进模具材料通常采用调整合金成分、改进热处理方式和添加微量合金元素的方法。如瑞典的一胜百公司采用降低Si元素的方法生产Diver钢，吉林大学姜启川等开发了一种高寿命、高Cr的用于压铸模通用型热作模具钢HHD，上海大学吴晓春等开发了一种高热稳定性、高热疲劳性的热锻模专用钢SDDM。热作模具在服役过程中需要承受交变载荷和冷热疲劳，导致模具在服役过程中性能下降较快，服役寿命短。

现在国内外众多专家的研究将集中在微合金化这一领域，免费领取UG资料、学习视频、学历提升请联系：一三零一八六三九九七七，Ti属于一种强碳化物形成元素，在钢中加入Ti可以起到细化晶粒和析出强化的作用，因此以下采用微合金化Ti的方法，利用Jmatpro软件计算开发一种新型模具材料4Cr5Mo-SiV1Ti，与传统4Cr5MoSiV1钢相比，所开发的新材料在强度和硬度上有明显提升，但冲击韧性略显不足。

热处理方式对材料的最终性能具有重要影响，回火工艺通常为模具服役前的最后一道工序，回火后材料的微观组织决定服役过程中的力学性能，在回火过程中通常发生奥氏体的转变、马氏体的分解以及碳化物的转变。

张美丽等研究了回火温度对X21CrMoV121钢冲击韧性的影响，发现室温下的冲击功随回火温度的升高有增大的趋势。

朱建等研究了预回火工艺对H13钢冲击韧性的影响，认为随预回火温度的升高，材料的冲击韧性呈上升趋势。

张昆鹏等在研究回火温度对3Cr2MoWVNi热锻模具钢硬度与冲击韧性的影响发现，试验钢在650℃回火时的韧性和硬度优于600℃回火时的韧性和硬度。

姜新越等研究表明，在580℃以上回火时钢的冲击韧性随回火温度的升高而显著升高。

基于上述研究，推测高温预回火工艺可能会提高4Cr5MoSiV1Ti模具钢的冲击韧性。

因此，对新型模具钢分别采用常规回火工艺与高温预回火工艺，对比分析高温预回火工艺对冲击韧性的影响机制。
高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制

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1、试验材料与方法

试验采用4Cr5MoSiV1Ti作为研究对象，其成分检测结果如表1所示。将热锻后的材料按国标标准冲击试样和标准拉伸试样，试样尺寸如图1所示。试样进行充分奥氏体化的淬火工艺为1040℃×25min，回火工艺采用高温短时回火（工艺：650℃×10min空冷+600℃×30min空冷），设置工艺对照组进行对比，对照组采用常规回火（工艺：600℃×2h空冷+580℃×2h空冷）。

高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制

采用夏比摆锤试验机进行冲击韧性测试试验，每组设置3个平行试样，对所测结果取平均值，采用SHIMADZUAG-I250KN万能拉伸试验机进行拉伸试验，每组试验设置3个平行试样，对其强度求平均值，对试样进行磨光后采用200HRS-150型数显洛氏硬度计测量试样硬度，载荷为1470N，保压时间5s，所测试样至少打5个点，取平均值，采用JSM-IT100型扫描电子显微镜对冲击断口的微观形貌观察，对试样进行磨抛后，采用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，在金相显微镜下观察。
高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制

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2、试验结果与分析

01、力学性能
测试2种回火工艺材料的硬度、抗拉强度、屈服强度与冲击韧性等力学性能，结果如表2所示。

与常规回火工艺相比，材料的抗拉强度基本不变，硬度与屈服强度略有下降，但仍符合使用要求；

高温预回火材料的断面收缩率为49.2%，常规回火工艺的断面收缩率为43.4%，提升5.8%；

高温预回火条件材料的冲击韧性为32.66J/cm-2，常规回火冲击韧性为27.5J/cm-2，提升约18.8%。

02、热处理后材料冲击断口分析
4Cr5MoSiV1Ti在高温预回火和常规回火时的冲击断口SEM形貌如图2所示，其中图2（a）、（b）为4Cr5MoSiV1Ti在高温预回火和常规回火后的宏观形貌，可以分辨出冲击试样的缺口、纤维区和放射区。
高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制
4Cr5MoSiV1Ti在高温预回火与常规回火后的冲击断口SEM形貌

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图2（a）所示断口放射区表面都呈现扇形花样，通过对比发现图2（a）的纤维区断面更为光洁平整，对冲击韧性有一定的改善，2种工艺下的断裂方式均为韧性断裂；

图2（c）、（d）为4Cr5MoSiV1Ti在高温预回火和常规回火后的放射区的微观形貌，图2（c）的放射区表面出现少许韧窝，还有少量凹坑，图2（d）的放射区表面未观察到韧窝，表面凹坑数量更多。

材料受冲击时，其冲击功主要被纤维区所吸收，免费领取UG资料、学习视频、学历提升请联系：一三零一八六三九九七七，因此纤维区的面积和形貌均反应材料的冲击韧性的高低，结合冲击试样的SEM形貌，高温预回火工艺相比常规回火工艺可以提高4Cr5MoSiV1Ti的冲击韧性。
03、高温预回火工艺
对冲击韧性影响的机制图3所示为4Cr5MoSiV1Ti经高温预回火和常规回火后在光学显微镜下的微观组织。

（a）为4Cr5MoSiV1Ti经高温预回火工艺后的微观组织为回火马氏体+碳化物，图3（b）为4Cr5MoSiV1Ti在常规回火后的微观组织，为回火马氏体，高温预回火工艺条件下材料组织的马氏体较为粗大。
高温预回火工艺对模具钢冲击韧性的影响机制

4Cr5MoSiV1Ti在高温预回火与常规回火后的微观组织

通过对2种工艺回火后组织的金相照片对比分析，钢在回火过程中均发生过饱和α固溶体的脱溶过程，且这一个过程与α相中含有的Cr、Mo、V、Ti等有关，这些强碳化物形成元素在回火过程中会与析出的碳化物发生反应，生成相应的合金碳化物，高温预回火条件下由于回火温度升高，碳化物析出量增加，马氏体亚结构的位错畸变特征下降程度加大、材料硬度下降，降低回火保温时间，有利于保证材料的硬度在合理使用范围内。

在材料的原奥氏体晶界出现黑色网状碳化物，有研究表明这是因为回火温度升高，未溶碳化物聚集长大。

适量析出物的存在会使得材料在断裂时会吸收更多的能量，并且析出物的存在又会改变断裂时裂纹的延伸方向和裂纹头部的应力应变状态，提高材料的冲击韧性。

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