飞机、船舶、坦克和航天飞行器等军工产品中,60%的零部件都是通过模具直接加工出来的。热作模具钢是在高温环境下,对金属进行热加工的模具钢。随着航天事业的发展,运用在高温环境中的材料越来越多,工作热环境也越来越复杂,因而热作模具也占有越来越重要的地位。对于热作模具钢而言,其硬度、韧性和热稳定性是最主要的性能指标,这些性能指标决定了热作模具钢的使用寿命。
以高强钢板冲压成型用热作模具钢为工况背景,设计了新型热作模具钢5Cr8MoNi2SiV,通过模拟的CCT曲线,分析其热力学相变规律,为改善该钢铸态组织的严重偏析,设计了普通常规退火、正火+球化退火和正火+等温球化退火3种预处理工艺,分析不同工艺对该钢的组织性能的影响,旨在改善其偏析并降低退火态硬度,改善切削性能,为该钢的淬(回)火工艺设计做准备,同时为新型热作模具钢的开发和应用提供数据支持。
试验用5Cr8MoNi2SiV钢由GW无芯中频感应炉熔炼,原材料成分:C0.56,Si0.54,Mn0.53,Cr7.65,Mo1.56,V0.25,Ni2.55,S0.02,P0.031,Cu0.813,Fe余量。将浇铸成型的梅花试样加工成尺寸为Φ20mm×30mm的圆柱试样,采用RJX-8-3电阻炉进行热处理。利用Jmatpro软件对5Cr8MoNi2SiV钢进行CCT曲线计算模拟。
采用ZEISS200MAT金相显微镜观察试样的显微组织;采用FEI QUANTA 200F型扫描电子显微镜观察材料的表面形貌;采用HRD-150电动洛氏硬度计测定其洛氏硬度值。结果表明:
(1)5Cr8MoNi2SiV钢不同奥氏体化温度下的CCT曲线表明,随着奥氏体化温度升高,珠光体和贝氏体转变孕育期增长,说明残留奥氏体逐渐稳定,淬透性较好,可以使用较慢的冷却速度得到马氏体组织,避免应力过大而产生龟裂。
(2)通过对常规退火、正火+球化退火和正火+等温球化退火3种预处理工艺的微观组织和硬度值比较,发现5Cr8MoNi2SiV钢经1090℃×1h正火+880℃×2h+640℃×48h等温球化退火工艺下,能够很好地改善碳化物偏析,同时使硬度大大降低,改善机加工性能。