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H13改进型热作模具钢SDH3-Mod电渣重熔模具钢化学成分
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-12-11
热作模具钢在工作中既受力的作用又受温度的作用，从而使热作模具的工作条件复杂化，对热作模具材料的特性要求也更加严格。恶劣的服役条件要求这类模具材料不但具有良好的高温强韧性，而且具有一定的抗回火软化能力、抗冷热疲劳性和耐熔损等综合力学性能。目前，我国广泛应用的热作模具钢主要是H13，但H13钢的工作温度不能高于600℃。为此，上海大学模具钢课题组从Si、Mn元素作用及降低成本考虑，取H13钢硅含量的上限，设计出一种价格相对低廉，同时具有较高热稳定性和热疲劳性的高锰型马氏体热作模具钢SDH3-Mod。通过与H13进行组织与性能对比研究，初步分析了锰元素对SDH3-Mod钢微观组织的影响。
试验钢SDH3-Mod是在H13钢的基础上提高了锰的含量，降低了钒的含量，同时Si、Mn量比为1∶1，碳和其他合金元素的含量基本保持不变，如表1（质量分数）所示。
表1 SDH3-Mod和H13的化学成分 %
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C
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Si
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Mn
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Cr
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Mo
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V
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SDH3-Mod
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0.3～0.5
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1.1～1.3
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1.1～1.3
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4.0～5.0
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1.0～1.2
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0.4～0.6
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H13
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0.35
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1.02
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0.36
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5.07
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1.2
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0.98
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按照设计成分在中频感应炉中冶炼后进行电渣重熔。将钢锭加热到1200～1240℃，保温8～10h，然后埋砂冷却。经过电渣重熔和高温均匀化处理，使钢成分均匀，防止成分偏析，改善钢的凝固组织。始锻温度为1100～1150℃，终锻温度控制在950℃以上，锻造比大于等于5；锻后在860℃温度下退火8h，以清除锻造过程中产生的应力，使碳化物细小和球化，得到Φ180mm×180mm的圆棒料。SDH3-Mod的奥氏体化温度为1060℃，回火温度为560℃，二次回火，每次2h；H13钢采用推荐的热处理工艺：1030℃淬火，610℃回火二次，每次2h。
冲击试验在JB30B型冲击试验机上进行，室温冲击试验所采用的无缺口试样按照北美压铸模协会NADCA 207-2003标准加工尺寸为7mm×10mm×55mm；回火特性曲线和热稳定性实验在箱式电阻炉S2-5-12中进行，试样尺寸为20mm×20mm×10mm；热疲劳试验采用Uddeholm热疲劳方法，采用自约束热疲劳试验装置，试样在室温到700℃之间进行3000次连续热疲劳试验，然后用体视显微镜观察试样表面裂纹；显微结构观察在JEM-2010F型透射电镜上进行。结果表明：
（1）相对H13钢，加锰降钒设计出的SDH3-Mod钢具有较好的强韧性、优异的热稳定性和热疲劳性能等综合性能。
（2）锰含量的增加降低Ms点，并稳定残余奥氏体，提高了钢的韧性；同时，锰可以提高基体和碳化物的回火稳定性，增强钢的热疲劳抗力。
（3）热稳后H13钢的组织发生了回复再结晶，碳化物粒子粗化，其中M23C6型碳化物最严重，而SDH3-Mod组织发生部分回复，同时由于锰含量的提高，碳在铁素体基体中的扩散速率和溶解度降低，使得M23C6型碳化物粗化趋势减弱，抗回火软化能力优于H13钢。
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