锻造比对H13钢组织和力学性能的影响

论文摘要

H13钢是当今世界范围内使用较广泛的一种热作模具钢,该钢以其良好的热强性、韧性和淬透性,广泛应用于热锻模和铜、铝合金压铸模等生产领域。H13钢根据冶炼工艺不同主要分为电炉钢和电渣钢等,采用传统电炉冶炼生产的模具钢虽然产品质量比电渣钢较差,但由于其成本的优势,仍然被广泛使用,尤其是对于在500-600℃温度范围内使用的中低档热作模具,大多选用电炉钢作为母材。如果进一步采用合理的后续处理工艺（包括改锻、热处理等）,能在一定程度上提高电炉钢制模具的质量、性能和使用寿命的话,将带来较高的经济效益。对于电炉钢棒材采用单向热锻或热轧成材始终在钢厂中被广泛使用,但对于锻造比对钢材质量和性能的影响较为系统的研究工作做得不多,国内外发表的相关文献也很少。本研究以东北特钢提供的用电炉冶炼热锻成材的H13钢为实验原材料,通过光学金相显微镜、SEM、能谱分析、室温冲击和拉伸性能测定等试验方法,研究了用不同锻比生产钢材的组织和力学性能异同,较系统地阐述了影响试验钢性能的因素和电炉钢的组织特性,探讨了单向热锻拔长对钢材横、纵向性能的作用及其机理,提出了最佳锻造比,对H13电炉钢的生产有实际指导意义,为发扬传统电炉钢的经济优势打下了理论基础,并得出以下主要结论：1.电炉钢与电渣钢性能的较大差距,是由于电炉钢的组织均匀性较电渣钢有一定差距。电炉钢锭的质量差是导致钢材力学性能较低的主要原因。2.单向热锻拔长由于其只从一个方向上改变钢锭形状的特殊性,所以对试验钢横、纵向力学性能影响机理不同。横向试样的断裂方向基本与呈连续的链状密集存在的碳化物排列方向一致,所以其性能主要受碳化物数量的影响；而试验钢纵向试样的力学性能主要受制于带状偏析组织的均匀程度。3.对于电炉生产的H13钢,用单向热锻成材的生产工艺,提高锻造比对钢材横向的力学性能,尤其是横向冲击韧性的改善作用很小。4.钢材纵向的冲击和拉伸性能随着锻比的增大而得到提高。锻比大于4后,继续增大锻比对材料的纵向冲击性能的提高程度有所减缓,且对于拉伸性能的改善也不大。本试验钢的锻造比以4-6为最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热作模具钢概述
• 1.2.1 热作模具钢分类及用途
• 1.2.2 热作模具钢常见的失效机制及性能要求
• 1.2.3 基本性能改进对模具钢使用性能的提升
• 1.3 锻造技术的研究现状
• 1.3.1 锻造技术原理
• 1.3.2 锻造比的不同对钢材组织和性能的影响
• 1.4 模具钢冶炼生产工艺概况及国内现状
• 1.4.1 模具钢的冶炼
• 1.4.2 我国模具钢生产技术现状
• 1.5 本课题的研究意义和主要内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 取样与热处理工艺
• 2.2.2 硬度测定
• 2.2.3 非金属夹杂物评级
• 2.2.4 金相组织观察
• 2.2.5 力学性能试验
• 2.2.6 SEM电子显微观察与分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 锻造比对组织的影响
• 3.1 铸态原始组织
• 3.2 退火态组织
• 3.2.1 带状偏析组织
• 3.2.2 碳化物分析
• 3.3 淬、回火态组织
• 3.3.1 带状偏析组织
• 3.3.2 碳化物分析
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 锻造比对力学性能的影响
• 4.1 试验钢纯净度、退火态及淬、回火态硬度
• 4.2 冲击试验
• 4.2.1 冲击韧性
• 4.2.2 冲击断口SEM组织观察与分析
• 4.3 拉伸试验
• 4.4 最佳锻造比的讨论
• 4.4.1 影响H13钢力学性能的因素
• 4.4.2 实际生产中锻造比的合理选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录