热作工具钢性能研究

柳松青（哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001）

热作工具钢性能研究

柳松青（哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001）

这种热作工具钢综合性能较好，本文从成分与组织结构方面，给出了一定的分析，其含较少的昂贵合金元素，这就降低了材料的成本，为实际应用打下良好基础。

热作工具钢；成分；性能

1 引言

本文研究的热作工具钢等向性（各向同性）要比一般传统的工具钢好，其组织纯度高并且比较微细，这有利于提高材料的抗机械疲劳及热应力疲劳性能。采用这种工具钢的模具，其硬度比普通的高，并且不会牺牲韧性，硬度高可以减缓模具的热龟裂发生。这种材料可用于各种金属压铸模具，挤压模具，高品质要求塑胶模具（如发动机模具，汽车车灯模具等）。

2 材料的化学成分

试验研究的热作工具钢成分如表1，其余主要为铁以及常规含量杂质。在淬硬和回火状态下钢的组织为细晶粒板条状马氏体或部分贝氏体，无残余奥氏体，含有弥散分布的晶间碳化物沉淀相，其中主要的碳化物相是碳化钒。1号为试验钢，2、3号为对比研究钢，4号为以前钢种对比试样。

表1 试验钢与对比钢的化学成分（质量分数，%）

3 材料的制取

将试验材料锻造和轧制成厚度为20mm的扁钢，然后，将扁钢在870℃软化退火6h，以8℃/h的速度控制冷却到650℃，最后空冷到室温。软化退火钢的组织全是铁素体，并含不同数量和不同类型的碳化物，1号试验钢的主要碳化物相是球形碳化钒。

将轧制扁钢制成试样，并且在1050℃奥氏体化30min，然后将试样在 820℃、770℃、720℃、670℃和620℃转移到炉子里，保温时间分别为 10、20、40、60、120min，等温处理后，试样在油中冷却到室温。淬硬性主要取决于碳和其他合金元素的含量，奥氏体晶粒度也具有一定的重要意义。除钴之外，试验材料中用的所有合金元素都阻止珠光体转变。

4 材料的性能研究

在高温下进行回火处理后得到的室温硬度是用来对比抗回火性的良好尺度。为此，将软化退火试样由奥氏体温度1050℃淬硬30min，淬入油中，然后在550℃和750℃之间两次回火各1h，结果如图1所示。

图1 材料的硬度与回火温度关系

从曲线来看，1号和2号钢两次回火后的硬度比较接近，回火温度高于650℃时，3号钢的硬度稍低于1号和2号钢。在较低的温度下，3号钢的硬度较高。4号钢与其他钢号的曲线区别是，4号钢在550～600℃回火后的硬度高于其他钢号，在较高温度退火后的硬度低于其他钢号，其部分原因可能是该钢的铬含量较高，高铬含量促进了回火时碳化铬先于碳化钒析出。

在未回火状态，1和2号钢的硬度低于3和4号钢，其原因是碳化物的稳定性较低，后两种钢的碳化物在奥氏体化时溶解得较快。在这些试验钢种之中，1和2号钢在650℃以上温度下抗回火性最好。

在室温和500～800℃进行拉伸试验。试样在1060℃奥氏体化温度下淬硬40min，然后淬入油中，并回火到48HRC硬度，拉伸试验结果如图2。

图2所示，1和2号钢的室温和高温屈服点差不多，4号钢比其他屈服点低，1和2号钢具有较高屈服点是由于在回火过程中合金成分加速弥散分布的碳化钒析出，有利于获得良好的抗回火性，以及在高温下获得高的屈服强度，因为弥散分布的碳化钒能导致有效的和温度稳定的弥散硬度。2号钢的高温强度最高，其钴含量较高，钴能改善高温特性。

热拉伸试验时的断面收缩率是衡量钢的韧性或热塑性的常用尺度，如图3所示。

从曲线可以看出，3号钢的断面收缩率与其他钢号有所不同，它在室温和500℃、600℃时断面收缩率较低。1号钢在小于600℃时具有较好的断面收缩率。在较高温度区这些曲线汇合到一起，相互差别较小。3号钢的热塑性较差，是因为它的晶粒较粗，而晶粒粗可能是钢的铬和钒含量低造成的，结果是在奥氏体化时，大部分碳化物都溶解了，以致未留下碳化物起到晶粒长大抑制剂的作用。从塑性方面考虑，需要细的奥氏体晶粒，并且钒与钼含量搭配对于晶粒长大有很大影响。

除4号钢外，在任何试验条件下都未得到珠光体组织；4号钢形成珠光体。钢在不形成珠光体组织时的最低冷却速率是鉴定钢的淬硬性的尺度。因此可以看出，1、2和3号钢的淬硬性优于4号钢。

5 结论

试验钢与对比研究钢和以前钢种进行对比。试验钢和对比研究钢在650℃以上温度下抗回火性最好，具有较高屈服点，有利于获得良好的抗回火性，对比研究钢的高温强度最高，其钴含量较高，钴能改善高温特性，但钴是昂贵合金元素。试验钢在小于600℃时具有较好的断面收缩率，热塑性较好。从综合性能来看，试验钢具有良好抗回火性、很高的高温强度、优良的韧性以及较少的昂贵合金元素含量，因此，其可以作为一种良好性能的热作工具钢进行使用。

Research on Performance of Hot Tool Steel

LIU SongQing
（Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,Heilong jiang China）

By com parison w ith other tool steels in the performance the hot tool steel has better overall performance and contains less expensive alloying elem ents.The com position and m icrostruc ture have been analysed.The reduced cost of materials is surely a good p reparation for p ractical app lication.

Hot tool steel；Composition；Performance

TG142.45;

B；

1006－9658（2010）03－2

2009－12－31

2009－176

柳松青（1961-），男，工程师，从事金属材料研究