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H13热作模具钢的通道偏析
模具钢是模具工业的基础,也是最重要、消耗量最大的材料,但当前国内生产的模具钢仍然无法满足市场需求,高品质模具钢仍需大量进口。在模具工业中,H13是一种应用比较广泛的热作模具钢。H13钢在使用过程中存在因型腔龟裂而报废、使用寿命短等问题。
H13热作模具钢合金元素多、合金含量高,在凝固过程中易出现通道偏析。钢锭中A形偏析和V形偏析常称为通道偏析,在大型的铸件内易于出现。
对通道偏析形成机理的研究主要存在以下四种观点:偏析钢液上浮说、补缩渠道说、气泡迹线说以及裂纹说。目前人们已经普遍接受“通道偏析是由于枝晶间富集流动所引起”的观点,但是对通道偏析形成位置及内部富集溶质流向的分歧较大。国外,Hallawell提出:由于低密度液相的扰动,通道偏析取决于生长枝晶的共晶前沿。Suzuki的实验结果表明:热的富集溶质从液相区流向糊状区,使枝晶丛林局部重熔,形成偏析通道,国内,沈厚发等人的实验表明:通道偏析时糊状区富集溶质的液相,由于密度倒置形成局部流动引起的。
通道偏析中的A形偏析的成因,很大程度上是由于固液两相钢液密度不均匀导致的,电磁搅拌能很好地解决这个问题。电磁搅拌使钢水产生强制流动,折断柱状晶晶梢,抑制柱状晶继续生长,同时降低钢液的过热度,减少钢水密度差,有效减轻密度倒置引起的宏观偏析。同时能降低钢坯的中心偏析。另外,降低S、P等易偏析元素的含量,提高钢水的洁净度,在一定程度上可减少A形偏析的形成。
通道偏析中的V形偏析在钢锭的顶部和底部不易出现,当铸模锥度足够大时V形偏析会消失。其原理是:锭模锥度增大,降低了横向凝固速度与虹吸作用,凝固界面由V形变成U形,偏析量减少。在不改变铸锭重量的前提下,可将铸锭顶部与底部的侧面处于垂直位置,通过设计使铸锭的中部有较大锥度,减轻V形偏析。
采取提高钢水洁净度、电磁搅拌、优化铸模锥度参数措施对解决H13模具钢通道偏析时有效。另外还有一些措施也有一定效果:在冷凝温度上,要适当加快冷凝速度,控制枝晶倾斜角度,使用合适的变质剂等。这些措施都值得尝试采用。