摘要：在熱作模具鋼H13的基礎(chǔ)上降低Si、V的含量，提高Mo的含量，研制了新鋼種SDH8。通過硬度、沖擊韌性和熱穩(wěn)定性對比試驗(yàn)對SDH8和H13進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在同樣的熔煉及常規(guī)熱處理?xiàng)l件下，SDH8的強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性明顯高于H13。

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1?引言

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的迅速發(fā)展,越來越多的零件采用壓鑄、熱擠壓、熱鍛等熱加工工藝成形。這類成形模具是在非常惡劣的服役條件下工作的，不但要承受高溫拉、壓、沖擊等應(yīng)力的作用,還經(jīng)常與熾熱的金屬相接觸，受到高溫磨損、氧化以及急冷急熱周期性溫度變化的作用。因此，熱作模具鋼要求材料不但要具有良好的高溫強(qiáng)韌性、抗冷熱疲勞性、抗回火軟化能力，還要具有一定的淬透性、耐磨性、耐熔損性和導(dǎo)熱性等綜合機(jī)械性能^{【1，2】}。

H13是馬氏體型熱作模具鋼,以Cr?、Mo?、V?等元素為主要合金化元素,?具有良好的熱強(qiáng)性、韌性和淬透性,優(yōu)良的抗熱裂能力,中等的抗回火軟化能力和抗脫碳能力，是一種強(qiáng)韌兼有的空冷硬化型熱作模具用鋼^【3】。H13在世界上的應(yīng)用極其普遍,各國學(xué)者針對H13的冶煉、熱加工、熱處理技術(shù)以及不同場合模具的使用技術(shù)進(jìn)行了廣泛地研究。鋼的組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能根本上是由其化學(xué)成分決定的，因此國內(nèi)外許多學(xué)者也正在努力探究其化學(xué)成分的改進(jìn)以獲得具有較低冶煉成本、合金化最合理又具有最佳組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的鋼種。目前，國內(nèi)外改進(jìn)型H13的合金化思路包括將Mn含量由0.20%～0.60%提高到0.75%，如QRO90 super, Super Me和HOTVAR；降低Si含量提高Mo含量，將Mn含量控制在0.40%～0.55%范圍內(nèi)，如ASSAB公司的Dievar；加入微合金元素Nb、Ti等^【4】。Uddeholm公司為了開發(fā)耐高溫達(dá)650℃時(shí)具有高壽命的熱作模具鋼,?提出含碳含硅較高的低Cr高Mo的HOTVAR專利鋼。該鋼同時(shí)兼具優(yōu)良的耐熱磨損性、高溫強(qiáng)度和熱態(tài)硬度,?特別適用于制做易于在熱磨損或塑性變形條件下失效的模具。這些模具有鋁管擠壓模具,熱彎曲、熱校正模,進(jìn)級鍛打、擺鍛、滾鍛和溫鍛(在650℃~950℃范圍內(nèi)鍛造)條件下工作的模具等。該鋼相應(yīng)的化學(xué)成分為: 0.55C-1.0Si-0.75Mn- 2.6Cr- 2.25Mo- 0.85V^【5】。日本田部博輔明確指出對SKD61鋼（相當(dāng)于H13）進(jìn)行成分改進(jìn),?其主要是向低Si高Mo方向發(fā)展。低Si化方向最初是從對大型鋼塊內(nèi)部偏析大大改善的低Si-VCD煉鋼技術(shù)受到啟發(fā)；另一方面高Mo化方向是由德國X40CrMoV5-3(1.2367)和3Cr型SKD61鋼具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和淬透性來確定的^【6】。國內(nèi)上海大學(xué)吳曉春等對新型熱作模具鋼合金成分設(shè)計(jì)中考慮加入鈮,并指出4Cr5Mo3SiVNb鋼在650℃回火時(shí)仍能保持45HRC硬度，并具有更高的綜合機(jī)械性能^【7】。目前,低Si高Mo的合金化途徑和加入Nb合金化的方法是H13鋼成分設(shè)計(jì)上的兩種趨勢。在這樣的技術(shù)背景下，本文通過力學(xué)性能對比試驗(yàn)和熱穩(wěn)定性對比試驗(yàn)，研究了低Si高Mo的H13改進(jìn)型熱作模具鋼SDH8。

2?試樣制備及試驗(yàn)方法

2．1試樣制備及材料成分

采用同樣的冶煉工藝對SDH8和H13進(jìn)行感應(yīng)熔煉、電渣重熔、鍛造及退火，得到60×60mm方料、Φ15mm圓棒料。分別在60×60mm方料上取沖擊試樣，在Φ15mm圓棒料上取熱穩(wěn)定性試樣。SDH8在H13的基礎(chǔ)上降低了Si、V的含量，提高了Mo的含量，C和其他合金元素的含量基本保持不變。

2．2?試驗(yàn)方法

2．2．1強(qiáng)韌性對比試驗(yàn)

強(qiáng)韌性是熱作模具鋼最重要的力學(xué)性能之一。為了對比SDH8與H13的強(qiáng)韌性，本文采用同樣的熱處理工藝及試驗(yàn)條件對這兩種鋼進(jìn)行了室溫?zé)o缺口沖擊對比試驗(yàn)，并測定各試樣硬度,根據(jù)試樣的硬度和沖擊韌性對比兩種鋼的強(qiáng)韌性。

室溫?zé)o缺口沖擊對比試驗(yàn)中，SDH8與H13的試樣尺寸為7×10×55mm（按北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NADCA207-97^【8】進(jìn)行），熱處理工藝如表1所示，熱處理后在JB30沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫?zé)o缺口沖擊。

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表1???熱處理工藝??

2．2．2熱穩(wěn)定性對比試驗(yàn)

將尺寸為Φ15×10mm的SDH8和H13熱穩(wěn)定性試樣分別在1020℃、1060℃和1100℃溫度下淬火，610二次回火在600℃分別保溫3h、6h、9h、11h、13h、15h、17h和20h。測定在此溫度下，回火硬度隨保溫時(shí)間的變化規(guī)律，并比較淬火溫度對回火硬度的影響。

3?試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1強(qiáng)韌性

???SDH8與H13在四種熱處理工藝下的室溫沖擊對比試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。顯然，1100℃高溫淬火（3＃工藝）時(shí)SDH8與H13的沖擊韌性最差，兩者沖擊功較為接近，其他三種工藝條件下SDH8的沖擊韌性都明顯高于H13。硬度對比如圖2所示，四種工藝條件下SDH8的硬度都高于H13，1100℃到1020℃溫度范圍內(nèi)，淬火溫度越低，SDH8和H13的硬度差值越大。