【摘 要】
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纳米贝氏体组织具有良好的综合力学性能,广泛在桥梁、舰船、滚动轴承、铁轨和车辆装甲板等方面显示了潜在的应用。贝氏体的韧性和热稳定性比马氏体高,故纳米贝氏体用于热作模
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纳米贝氏体组织具有良好的综合力学性能,广泛在桥梁、舰船、滚动轴承、铁轨和车辆装甲板等方面显示了潜在的应用。贝氏体的韧性和热稳定性比马氏体高,故纳米贝氏体用于热作模具钢可能显示出性能优势。本文通过增加H13热模具钢的Si含量,得到富Si的H13钢(Si-H13),以确保低温等温淬火获得纳米贝氏体组织,并对不同预备热处理、等温淬火和多次回火组织和力学性能进行研究。Si-H13钢经1050?C和1150?C保温10min淬火+720?C保温1h回火预备热处理后,得到回火屈氏体和球状未溶碳化物。然后进行最终热处理,即将预处理试样加热到1030?C保温10 min后迅速放到350和360?C(Ms点以上20?C和30?C)的盐浴中进行等温淬火,然后进行560?C×1h的一次回火、560?C×1h+580?C×1h的两次回火和560?C×1h+580?C×1h+600?C×1h的三次回火处理。对等温淬火及回火的试样进行硬度、拉伸性能和U型缺口冲击功测试,并用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对试样微观组织和断口形貌进行了分析。结果表明,Si-H13钢的原始胚料和预处理试样在1030?C保温10 min奥氏体化后测得的M_S点均为330?C。经淬火+回火预处理后,Si-H13钢通过等温淬火得到了由贝氏体铁素体板条和薄膜奥氏体组成的纳米贝氏体组织,贝氏体铁素体板条厚度为95～112nm。在相同预处理条件下,等温淬火温度越高,贝氏体生成量越少,贝氏体铁素体板条尺寸变宽,由于等温淬火结束后冷却过程中,块状残余奥氏体向马氏体转变,残余奥氏体含量减少,冲击功、抗拉强度和延伸率减小。相同等温淬火条件下,与1050?C预处理试样相比,1150?C预处理的试样中存在较多的块状M/A组织,冲击功和延伸率较低,硬度较高。在多次回火条件下,1050和1150?C预处理+等温淬火的试样在一次回火后,出现了二次硬化现象,硬度达到最高值,而冲击功达到最低值。二次回火和三次回火的硬度呈下降趋势,而韧性升高。1050和1150?C预处理+等温淬火试样的屈服强度较低,经两次回火处理后,屈服强度提高600MPa,抗拉强度和延伸率较小程度的下降。在350?C等温淬火+两次回火条件下,1150?C预处理的试样中贝氏体铁素体板条界析出了细小碳化物,而1050?C预处理的试样中并未发现碳化物的析出。Si-H13钢经1050?C淬火+720?C回火预处理,1030?C奥氏体化+350?C等温淬火后,综合力学性能优异,其硬度为52.8HRC、抗拉强度为1996MPa、延伸率为11%和冲击功为29J。最佳回火工艺为560?C×1 h+580?C×1 h两次回火,其硬度为50.2HRC、抗拉强度为1950MPa、延伸率为8.9%和冲击功为18J。
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