三种热锻模具钢的热稳定性能对比研究

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H13钢和3Cr2W8V钢是我国目前使用最广泛的两种热锻模具钢，其中H13钢因其良好的综合力学性能及抗冷热疲劳性能，能够胜任一般模锻工况的要求。但由于H13钢作为中耐热型热作模具钢，其工作温度不宜超过600℃，且淬透性差不利于制造大截面模具，其应用受到限制。3CrW8V钢是我国较早使用且应用最广的高强热性热锻模具钢，其热稳定性良好，使用温度可达650℃，但因其冷热疲劳性能和导热性差，容易因冷热疲劳而产生龟裂甚至断裂。而中合金DM钢为某科研团队自主研发的新型热锻模具钢。科研人员通过3种热锻模具钢热稳定曲线的测定及微观组织的观察，对比分析3种钢热稳定性能的优劣及在热稳定过程中微观组织的变化。
3种试验钢均采用电渣重熔冶炼，其化学成分如表1所示，热处理工艺及硬度值如表2所示，其中淬火加热冷却均在WZC-60型真空淬火炉中进行，待S2-5-12箱式炉稳定在试验温度下进行回火。

表1 试验材料化学成分（质量分数，%）

钢号	C	Si	Mn	Cr	Mo	W	V	Fe
H13	0.38	0.95	0.35	5.33	1.41	-	0.99	余量
DM	0.40	0.28	1.04	2.50	1.66	1.64	0.97	余量
3CrW8V	0.37	0.24	0.25	2.50	0.13	7.90	0.27	余量

表2 试验材料热处理工艺及硬度

钢号	淬火加热	冷却方式	回火工艺	硬度/HRC
H13	1030℃×30min	真空油冷	（590～600）℃×2h，两次	46.5
DM	1050℃×30min		（620～630）℃×2h，两次	47.0
3CrW8V	1080℃×30min		（610～620）℃×2h，两次	46.0

热稳定试验的试样尺寸为10mm×10mm×15mm，采用S2-5-12箱式炉分别将试样在580、620、650℃保温24h，然后采用69-1型洛氏硬度计，按照GB/T230.1-2000测试不同温度下3种试验钢的洛氏硬度值。采用Zeiss Supra-40场发射扫描电镜观察试样不同保温温度下的微观组织，采用JEM-2010F高分辨投射电子显微镜对不同保温温度下的试样进行观察，并标定碳化物的类型。
结果表明：
（1）在580、620、650℃保温24h热稳试验中，DM钢的硬度始终高于3Cr2W8V和H13钢；且随着保温温度的升高，硬度前期下降的速度越快，后期均趋于平稳。
（2）在650℃热稳定过程中，3Cr2W8V钢中存在W元素大量固溶于基体中，产生固溶强化作用；而DM钢在热稳定过程中由于亚稳θ相在高温下分解析出M2C型碳化物产生硬化现象，同时由于大量Mn元素固溶于基体，阻碍了马氏体基体的回复，两者相辅相成保证了其优越的热稳定性能。