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[资料分享] 新型压铸模具钢FS438高温拉伸性能研究

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发表于 2019-8-5 14:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
新型压铸模具钢FS438高温拉伸性能研究
牟风,康爱军,刘明,王琳,曹莹
抚顺特殊钢股份有限公司技术中心(辽宁抚顺 U 3001)
【摘要】研究了抚钢生产的新型压铸模具钢FS438的高温拉伸性能。结果表明FS438钢在室 温下抗拉强度达到l,629MPa,随环境温度的升高,抗拉强度随之降低,在650尤时,抗拉强度 为815MPa,此温度下高温拉伸性能明显优于H13钢,约高于H13钢300MPa,说明FS438在 600£^〜650尤范围内仍然具有良好的高温拉伸性能,能够适应该温度下恶劣的工作环境。
关键词:压铸模具钢;高温拉伸性能;显微组织;断口
1    引言
( f" D2 f/ D, b: D; p4 B近年来,铝合金、镁合金压铸产品广泛应用于汽 车、电子等行业,此类压铸模经常与6001〜700T的高 速熔化的炽热金属液接触,并被反复的加热、冷却,工 作环境极其恶劣,为适应压铸模恶劣的工作环境,提 高使用寿命,要求优质的热作模具钢应具有良好的回 火稳定性,良好的高温性能,高的强度,韧性和抗冷热 疲劳性能
5 y6 y7 K5 J( `3 \: V! a& E本文研究的新型热作模具钢(文中称为FS438) 是抚顺特钢与钢铁研究总院合作研制一种高性能压 铸模具钢。其合金成分在H13钢的基础上提高了Mo 的含量,同时降低了 Si、V的含量。研究发现,由于提高了 Mo含量,从而推迟了高温稳定性较好的MC型 碳化物向稳定性较差的M23C6型碳化物转变,使该钢种具有更为持久的高温强度,大大提高了模具的使用寿命m。2 H; k7 m) U4 ?, u( L+ O* l( y
2    材料制备和试验方法
, f9 ~' u% L# l; X: K2 N5 p% I2.1    材料制备* \  W2 n/ m0 _
试验材料取自FS438锻制扁钢,其尺寸规格为 330x810mm。试验钢的主要工艺流程为30t EAF- LF - VD-浇注电极—保护气氛电渣重熔电渣锭—高温 均质化处理—3,500t快锻机多向锻制成材—组织均匀 化处理—球化退火。试验钢化学成分如表1所示。) M1 [/ n0 T4 Z. C+ C  D% U
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- p) X3 L# z  f# M    本试验中淬回火试样及高温拉伸试样取自锻制扁 钢横向截面中心处。泮回火试样尺寸为20x20x10mm, 高温拉伸试样尺寸为05mm,长度70mm (横截面直径尺寸公差为±0.05mm),试样具体尺寸如图1所示。
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$ t+ R9 L1 Y& s6 T2 W0 X2.2    试验方法3 Z( z# a6 @5 n
首先对FS438钢进行淬、回火曲线测定,采用 TH300型洛氏硬度计测定淬、回火硬度,根据硬度测 试数值绘制FS438钢淬回火曲线,获得高温拉伸试样 的最佳热处理工艺。FS438钢试样经热处理后,按 GB/T228规定检测室温拉伸性能,按GB/T4338规定检 测高温拉伸性能;采用INSTRON4483型电子拉伸试 验机及DDL150高温拉伸试验机检测。/ Z8 v' \: Z% ?! h
共试验8个温度点,依次为室温(25℃)、400℃、 500℃、600℃.650℃、670℃、690℃,700℃,温度偏差 在±3℃。环境温度由箱式加热炉加热到规定的温度, 然后保温30min,每个温度下各对2个试件进行试验。试验后拉伸试样经4%的硝酸酒精腐蚀后采用 Axiovert40MAT显微镜观察不同温度下的显微组织, 釆用EVO 18型扫描电镜观察不同温度下拉伸试样的断口形貌。
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 楼主| 发表于 2019-8-5 14:30 | 显示全部楼层
3    试验结果及分析
- ]; u8 O# ~- z% _9 W$ M% T3.1    高温拉伸试样的热处理9 V8 E& S$ x( Q8 h
对试验钢进行淬、回火硬度的测试,图2中硬度随 淬火温度的升高表现出先上升再下降的趋势,在 l,030℃时达到硬度的峰值(56.2HRC)。按照淬火得 到高硬度、较小的晶粒尺寸的原则,淬火温度选择曲 线的峰值温度1,030℃。图3中,在温度300℃〜550℃ 范围内回火时,随温度的升高硬度先降低后升高, 550℃回火时得到一个峰值(52.5HRC)。然后,随着回 火温度的继续升髙硬度持续下降,在700℃时硬度降 低到24HRC。刘宗昌等很早就研究过H13钢的二次 硬化'而试验钢在H13的基础上调整了 Mo、V、Si合 金元素,同样表现出了二次硬化效应,在二次硬化峰后进行回火不仅有较好的强度和耐磨性,同时具有较好的韧性,可提高材料的使用寿命。因此,试验钢的最佳热处理制度为l,030℃保温、油淬;经600℃保温回火,将硬度调整到47〜48HRC。( n$ `4 m5 e5 `6 U' {' {- K/ V7 V
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3.2   高温拉伸试验结果: p2 P1 k6 c0 K
表2给出了试样在室温到700℃不同温度下的高 温拉伸试验结果,根据试验结果得出试验钢的高温拉 伸性能及拉伸性能随温度的变化规律,如图4所示。
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3 P8 d, P9 m- ~0 e+ \( ?- p由表2可以看出,FS438钢在室温下抗拉强度达 到l,629MPa,屈服强度达到l,505MPa,随着环境温度 的升高,强度随之降低,有资料显示H13钢在600℃以 下服役,有较高的强韧性和抗热疲劳性能,但在600℃以上情况下服役时,其热强性急剧下降该试验钢 FS438在600℃以下,抗拉强度均在l,000MPa以上,! Y5 _4 }- ?% S
- a8 [, m3 ~  X+ A: \
650℃时仍具有815MPa的抗拉强度,H丨3钢在650℃时抗拉强度为520MPa,屈服强度为425M Pa,说明FS438钢的高温拉伸性能要明显优于H13,能够保证压铸模在长期高温使用环境下仍具有很高的强度。当温度超过650T,随着温度的升高,强度快速下降,当温度在70℃时,抗拉强度仅为423MPa,屈服强度为345MPa,其强度约为室温时的四分之一;断面收缩率为40%,约为室温时断面收缩率的3倍;伸长率为94%,约为室温时伸长率的2倍,此时,塑性较好,如图4所示。
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 楼主| 发表于 2019-8-5 14:37 | 显示全部楼层
3.3    显微组织& k5 y- `' c  W7 O+ i' M
将FS438高温拉伸试样进行磨制、抛光,经4%硝酸酒精腐蚀1〜2min,使用金相显微镜在500倍下观察其显微组织,如图5所示。FS438经淬回火后显微组织为回火马氏体及少量碳化物和贝氏体,由于试验时拉伸试样在加热过程中保温时间较短,®本未发生组织转变,所以随着环境温度的升高,试样的显微组织基本相同。
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3.4    断口形貌
  Y) t; f$ J, b) {; D$ t$ R图6为高温拉伸试样断口SEM低倍形貌,从图6中可以看出FS438钢从室温至700X:拉伸试样断口在宏观上均呈杯 锥状,为典型的杯锥状断口,说 明在断裂前发生了较大的塑性 变形161,断口中心区为杯部断口 具有纤维状特征,边部剪切唇 区为锥部断口,与主应力方向 约成45°角m,断口中未见明显 的放射区,说明FS438高温拉伸 断口为韧性断口的宏观形貌。图7为高温拉伸试样断 口 SEM高倍形貌,从图7中可 以看出FS438钢从室温至 700 X:拉伸试样断口微观上 仍然是韧窝状断口,微观形貌 大多为等轴或拉长状
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& o, W( m6 D$ Z/ b只是韧窝随着环境温度的升高而变大变深,以微孔聚 集并长大的机理发生断裂。当温度达到650T时断口 还表现为较细小的韧窝状断口,说明在此温度时还具 有较高的强度和韧性,但当温度达到700T时,断口中 的韧窝变大,对应拉伸强度也明显降低,这时材料的 承载能力较低,容易断裂,FS438钢已不适合在这个温 度下工作。6 u# x8 q6 x. e9 S, b4 V! K/ a: u) b
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4结论. a4 ?" _( \, U  `7 C
(1) FS438钢的高温拉伸性能随环境温度的升高 而下降,室温下抗拉强度达】,629MPa,当环境温度升 高到600℃时,抗拉强度保持在1,064MPa时抗拉强度降低到423MPa,约为室温下强度的四分之一。5 e& i0 k6 M4 w  v1 w0 O, H0 r
(2) FS438经热处理后的组织主要为回火马氏体 及少量碳化物和贝氏体,随着环境温度的升高,拉伸 试样的显微组织基本相同。$ M6 `- [# d- t% d4 c8 w
(3) 通过断口 SEM分析,FS438钢拉伸试样断口 为韧性断裂,从微观形貌上看属于微孔聚集型断裂。, T& B3 a  ^9 s% P1 N2 }
(4) 试验表明FS438钢在650℃时,抗拉强度为 815MPa,高于H13钢约300MPa,说明此温度下高温性 能明显高于H13钢。! ^' P7 y/ m- X$ E. L1 w% N0 A
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(5) 通过试验结果可知,FS438在600℃〜650℃范围内仍然具有良好的高温性能,能够适应该温度下恶 劣的工作环境。) D# P% F# N6 y1 J) {1 {- ?4 ^

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