長祥鍛造模具有限公司
自20世紀(jì)80年代以來，中國引進(jìn)了國外通用銘系熱作模具鋼，但很少報道國內(nèi)熱作模具鋼與國外先進(jìn)水平的比較。
本文選用國產(chǎn)H13、瑞典8407鋼從組織、沖擊韌性等方面進(jìn)行對比分析，為明確國內(nèi)外模具材料性能差異和模具材料選擇提供一定參考。
01
化學(xué)成分分析
國產(chǎn)H13、8407化學(xué)成分見表1便于比較，表1也包括在內(nèi)GB/T 1299-2000相當(dāng)于H13的4Cr5MoSiV化學(xué)成分及1鋼NADCA*優(yōu)質(zhì)鋼和優(yōu)質(zhì)鋼的化學(xué)成分為207-2003。
與8407鋼相比，國產(chǎn)鋼H13的P、S偏高，查閱過的文獻(xiàn)指出，降低鋼中P、S顯著提高沖擊韌性和斷裂韌性。
與國產(chǎn)H13比，8407降低了Si含量增加了Cr、Mo及V符合第二代的含量H13 “低Si高M(jìn)o研發(fā)思路。
一些研究表明，減少Si研究表明，含量可降低回火脆性，削弱脫碳敏感性Mo提高，可顯著增加H13淬透性，回火時能沉淀更多細(xì)桿M2C碳化物，強(qiáng)化基體。而V是強(qiáng)碳(氮)化物形成元素，V含量增加可以形成更小、更分散的內(nèi)容MC碳化物顯著提高了回火穩(wěn)定性。
總體而言，8407合金成分設(shè)計優(yōu)于國內(nèi)H13。
02
顯微組織退火
NADCA#207-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,H13鍛后顯微組織退火為鐵素體基體上均勻分布有球狀合金碳化物。
國產(chǎn)H13、8407退火組織如圖1所示。
按NADCA標(biāo)準(zhǔn)，H13評為不合格。
8407鋼退火后碳化物顆粒分布均勻，但部分晶界仍有少量碳化物呈鏈狀沉淀。NADCA規(guī)定8407退火組織合格，符合高級優(yōu)質(zhì)鋼材標(biāo)準(zhǔn)。
03
夾雜物等級
國產(chǎn)H13、8407夾雜物類型及等級見表2，由表2知道。
兩者微清潔度一致，均不含B類和C其中類夾雜物A類和D類夾雜物的等級符合高級鋼的要求，但兩種產(chǎn)品都含有DS大顆粒球狀夾雜物均為1.0級DS類夾雜物，出現(xiàn)幾率較低，標(biāo)準(zhǔn)中未作要求，但若降低其等級其至消除，將利于產(chǎn)品質(zhì)量提升。
04
晶粒度
NADCA#207-2003規(guī)定，經(jīng)調(diào)質(zhì)后，H13鋼的晶粒度不低于7級。國內(nèi)分析H13鋼的晶粒度為9.5級，8407鋼晶粒度為10級，均符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求H晶粒尺寸過大。
05
退火態(tài)硬度
NADCA#207-2003規(guī)定，H13退火硬度不高于235HB，最優(yōu)值不高于205HB。國產(chǎn)H13和8407退火硬度見表3，均符合要求NADCA8407硬度更接近最佳值。
06
沖擊性能及斷口形狀
NADCA*根據(jù)207-2003標(biāo)準(zhǔn)，樣品經(jīng)調(diào)質(zhì)后的硬度要求為42-50HRC，最優(yōu)為44-46HRC。
取樣沖擊試驗要求優(yōu)質(zhì)鋼的沖擊韌性不低于10.85J/cm2.高級優(yōu)質(zhì)鋼的沖擊韌性不低于13.56J/cm2。
國產(chǎn)H13和8407的調(diào)質(zhì)硬度分別為48.1HRC和44.0HRC，滿足兩種產(chǎn)品NADCA但國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)H13硬度稍高，8407調(diào)質(zhì)硬度符合最優(yōu)值.
對國產(chǎn)H13和8407鋼分別進(jìn)行沖擊試驗H13沖擊韌性值為13.58J/cm2.8407的沖擊韌性為14.60J/cm2，滿足兩種產(chǎn)品高級優(yōu)質(zhì)鋼的要求，但8407的沖擊性能優(yōu)于國產(chǎn)H13鋼。
圖2為不同H13鋼橫向沖擊試樣斷口形狀:分析圖2顯示，國產(chǎn)H13、8407斷口均為準(zhǔn)解理和韌窩混合。
與兩者相比，8407宏觀斷口平面更加平整，表明整個斷口平面應(yīng)力分布更加均勻。在應(yīng)力作用下，這些孔沿空間三個方向均勻生長，形成一定數(shù)量的等軸韌窩，深度較大。
國產(chǎn)H13和8407鋼的斷口中有大量不規(guī)則方向分布的晶狀小刻面。這些小刻面通過撕裂連接，可以看到明顯的撕裂邊緣，前者有更多的撕裂邊緣。與兩者相比，國內(nèi)H13鋼的準(zhǔn)解理斷裂特性更為明顯。
韌性斷裂的大小、深度和數(shù)量是表示材料韌性水平的重要指標(biāo)。8407韌窩尺寸和深度大，沖擊性能好。
橫向沖擊性能主要與鋼的成分、清潔度、帶狀偏析、沉淀碳化物的尺寸和分布有關(guān)。8407鋼P(yáng)較低，而P降低鋼的冷脆傾向。
國產(chǎn)H13和8407夾雜物水平相等，但前者晶粒較大，韌性較差。
07
結(jié)論
(1)就成分而言:
國產(chǎn)H13-8407成分低P、低Si、高M(jìn)o、高V，但兩者都被評為高品質(zhì)鋼。
(2)退火組織:
國產(chǎn)H球狀碳化物均勻分布在8407鋼鐵素體基體上，滿足高級鋼的要求。
(3)顯微清潔度:
夾雜物等級一致，均符合高檔優(yōu)質(zhì)鋼的要求，但均含DS類大顆粒夾雜物。
(4)晶粒度：
兩種產(chǎn)品的晶粒等級均合格，但8407鋼的晶粒等級較大，晶粒尺寸較小。
(5)退火硬度:
退火態(tài)度的硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但8407鋼的硬度較低。
(6)沖擊性能:
兩種產(chǎn)品都符合高級鋼的要求，但8407鋼比國產(chǎn)鋼好H沖擊韌性高，沖擊性能更好。
