锻压温度对Cr12Mo1V1组织性能的影响.pdf

第42卷第3期 锻 压 技 壬’ 2017年3月Vol-42 No·3 FORGING＆STAMPING TECHNOLOGY Mar．2017锻压温度对Crl2MolVl组织性能的影响孙茂银1，赵一生2，姜科达1，邓运来1’2，3(1．中南大学轻合金研究院，湖南长沙410083；2．中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083：3．中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南长沙410083)摘要：以管割刀片用的Crl2MolVl钢为研究对象，分析不同的锻压工艺对其硬度、冲击韧性的影响，并使用OM、XRD、SEM分析不同工艺下的微观组织。研究结果表明：相比于直接空冷淬火，锻后空冷的峰值硬度向右偏移，在1100 oC时达到峰值887 HV；随着锻压温度升高，650℃回火冲击韧性呈现下降趋势，马氏体转变量减少，残余奥氏体量增加；锻后空冷碳化物主要为M7C3型。综合分析表明，锻压温度为1100一1160 oC时，锻压刀片能够得到较好的组织和性能。关键词：锻压温度；Crl2MolVl；M7C3碳化物；冷作模具钢；冲击韧性DOI：10．13330／j．issn．1000-3940．2017．03．025中图分类号：TG319 文献标识码：A 文章编号：1000-3940(2017)03-0130-07Influence of forging temperature on the microstructure and properties of Crl2MolVlSun Maoyinl，Zhao Yishen92，Jiang Kedal，Deng Yunlail，2’3(1．Light Alloy Research Institute，Central South University，Changsha 410083，China；2．School of Materials Science andEngineering，Central South University，Changsha 410083，China；3．Key Laboratory of Non-ferrous Metal MaterialsScience and Engineering，Ministry of Education，Central South University，Changsha 410083，China)Abstract：For Crl 2Mol V1 used as pipe cutting blade，the influences of different forging processes on hardness and impact toughness wereanalyzed，and their microstructures under different forging process tests were observed by OM，XRD and SEM．Experimental results showthat the peak hardness of air cooling after forgi’ng is shifted to the right compared with the normal quenching and obtains 887 HV at1 100 oC．With the increase of forging temperature．the impact toughness of tempering at 650℃decreases．SO the amount of martensitereduces，and the amount of retained austenite increases．The carbide of air cooling after forging is mainly M7C3．Comprehensive analysisshows that the blade can get better microstructure and properties when the forging temperature is from 1 100 oC to 1 160℃．Key words：forging temperature；Crl2Mol V1；M7C3 carbide；cold—work die steel；impact toughnessCrl2MolVl钢是性能优异的高碳高合金冷作模具钢，相比其他冷作模具钢，该钢具有高强度、高韧性、高耐磨性、高淬透性、较小的热变形性等特征，被广泛应用于冷作模具、冷轧辊以及刃具等的制造¨-5]。由于Crl2MolVl合金化程度高，变形条件范围较窄，若变形工艺制度控制不当，易在塑性变形过程中，造成裂纹萌生、组织分布不均等，使得产品性能大幅度下降，甚至形成废品∞。。目前，对于Crl2MolVl等莱氏体钢塑性变形行收稿日期：2016—08—29；修订13期：2016—11—20基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375503)；国家重点研发计划(2016YFB0300901)；广西八桂学者项目(2013A017)作者简介：孙茂银(1991一)，男，硕士研究生E-mail：1396624320@qq．com通讯作者：邓运来(1969一)，男，博士，教授E．mail：luckdeng@CSU．edu．cn为的研究往往采用热压缩试验，通过测定压缩过程的应力一应变曲线，制作热加工图，从而指导该材料的热成形【7。10 J。然而实际工业条件下，其组织性能往往受到多种因素的共同作用。本文通过某种刀片的锻压试验，分析锻压工艺对组织性能的影响，为实际的锻压工艺制定提供指导。1 试验材料和方法试验采用轧制退火态Crl2MolVl圆形钢棒，试验用钢的主要化学成分如表1所示。表1试验用钢的主要化学成分(％，质量分数)Table 1 Main chemical components of test steel(％，mass fraction)万方数据第3期 孙茂银等：锻压温度对Crl2Mol Vl组织性能的影响通过线切割及车床将钢棒尺寸加工为4P．5 mlu×39 mm、4526 mlrll×36 mm和税7 mm x 33。5 mm，锻后的高度尺寸为20 mm。利用箱式电阻炉加热，加热温度分别为1050，1100，1160，1180和1200℃，采用双盘摩擦压力机(J53—63A)和自主设计刀片锻压模具进行锻造，如图1所示。锻后刀片空冷至室温，线切割取样，对其进行硬度、金相、SEM和XRD测试，硬度值取点位置示意图如图2所示，分析不同工艺对其组织、性能的影响。图1锻压模具示意图Fig．1 Schematic diagram of forging die图2硬度值取点位置示意图Fig．2 Schematic diagram of position adopted for hardness values根据刀片后续加工工艺，采用650℃×2 h×2次回火，回火后测试其硬度及冲击韧性。冲击试样参照GB／T 229--2007lllj，试样采用55 inln×10 null×2．5 mm小尺寸试样。硬度参照GB／T 4340．1—2009。12j，采用华银HV～5小负荷型维氏硬度计，载荷为5 kg；对试样机械打磨、抛光，利用XRD(日本Rigaku 2550型衍射仪和MDI Jade6)分析不同工艺相析出特征；利用腐蚀剂腐蚀，腐蚀剂为4 mL硝酸+96 mL无水乙醇，并借助OM(MX3000金相显微镜)和SEM(Quanta一200为钨灯丝环境扫描电镜)观察分析金相组织状况。2试验结果与讨论2．1 锻压工艺对Crl2MolVl力学性能的影响图3所示为不同位置、不同工艺条件下硬度变化曲线，通过测试在锻压过程中刀尖(巧)、刀体心部(dtx)和刀体上部(如)(图2)3个变形差异较大部位的硬度值，发现刀尖硬度值稍大于刀体心部，而刀体上部硬度值最小。3个部位的硬度变化趋势相似，随锻压加工温度升高，硬度值先上升后下降，在1100℃时，硬度值达到峰值，最大为887HV，与普通热处理过程有所差异¨3。”1。通常，该钢在热处理过程中，在1050 oC达到峰值。在非形变过程的淬火过程中，温度高于1050℃时，奥氏体中碳原子增加，马氏体相变减少，残余奥氏体含量增加。然而若是马氏体相对含量相同，增加马氏体中碳原子含量，硬度值会增加。这可能是由于在形变应力诱导作用下，奥氏体中碳原子增加，马氏体相对含量也同时增加的结果。1100 oC以后，随着温度升高，硬度下降。不同变形程度对硬度值影响较小，在1050和1100 oC时3个部位硬度均为405 n'lm×39 mm罨趔避醚》罨趔避醛>罨趔毯群K—K×，√一，～=竺咄Tr竺咄×巧一K=，_一，～万方数据第3期 孙茂银等：锻压温度对Crl2Mol V1组织性能的影响 133(d)(e) (f)蚓5 小川I‘艺祭什卜的金f¨Ⅲ势：(a)热轧退火态 (b)1050℃ (c)1100℃ (d)1160℃ (e)1180℃ (f)1200℃Fig．5 optima mierographs under different process conditions(a)Hot roiled annealed state (b)1050℃ (c)1100 oC (d)1160 oC (e)1180 oC (f)1200℃衍射角20／(o)㈥6 小{tiJ锻m潞瞍时的XRI)Hn昏6 XRD at diflereat 10rging【elllperatures过ICDD所发表的PDF卡片查询物质的参比强度硫，m，称为K值或是RIR值。通过上述对马氏体及残余奥氏体进行简单的定量分析，结果如表2所示，锻压温度为1050一1180℃，残余奥氏体的相对含量从2．1％增加至33．8％。温度高于1160℃后，残余奥氏体含量迅速增加，从固态相变的角度出发，在形变应力诱导作用下，有助于马氏体相变进行。从表2中可以看出，尽管硬度峰值发生偏移，但是这种形变诱导作用，并没有改变温度对马氏体转变的整体趋势。随锻压温度升高，马氏体转变量降低[22]。万方数据锻 压 技 术 第42卷表2不同锻压温度下马氏体、奥氏体定量分析结果Table 2 Quantitative analysis results of martensite andaustenite at different forging temperatures图7为650℃回火后的冲击断口SEM微观形貌。从图7中可以看出，随着锻压温度的升高，冲击试样的断口组织从少部分的韧窝状形貌变成河流状的平面状形貌(解理组织)，与韧性值的迅速降低趋势一致。从图7中还可以明显的观察到，随温度升高，在冲击载荷的作用下，产生裂纹的倾向增大，在图7c中出现较大的断裂裂纹。经650 oC回火后，组织从马氏体+残余奥氏体+碳化物转变为回火珠光体组织。其中，马氏体转变的组织往往比较细小均匀，而残余奥氏体在转变过(c)图7不同锻压温度下的冲击断13形貌(a)1050℃ (b)1160℃ (c)1 200 qcrig．7 Impa(-t fracture morphologies under different forging temperatures万方数据第3期 孙茂银等：锻压温度对Crl2MolVl组织性能的影响 135——————————————————————————————————————————————一———————————————————————————————————————————————————————————————————————一程中，易于形核，以Ostwald机制迅速长大，形成粗大不均的组织。当温度高于1160℃时，残余奥氏体大幅增加，晶粒粗化，在冲击试验过程中， 。裂纹沿着粗大的碳化物相迅速扩展，冲击韧性降低‘23一川。3 结论(1)不同锻压工艺试验表明：相对普通淬火工艺，锻后空冷的硬度峰值向右偏移，硬度峰值出现在1100 oE附近。由于刀片形状特征，初始设定变形程度对组织性能的影响较小，考虑成形的难易，可以优先使用qb25 mm×39 mm的原始试样。(2)650℃回火后的冲击试验表明，随着温度升高，冲击韧性值不断降低。结合组织分析表明，在1100℃左右，组织分布均匀；初始锻压温度高于l 160℃时组织迅速粗化，对后续刀片高频淬火热处理极其不利；初始锻压温度低于1100℃时，流动性不佳，不容易成形。因此，刀片的最佳初始锻压温度为1100～1160℃。参考文献：[2][3][4][5][6]林希峰，袁泽喜，李念．不同淬火工艺对D2钢组织与性能的影响[J]．金属热处理，2015，40(4)：117—120，IAn X F，Yuan Z X，Li N．Influence of different quenchingprocesses on microstrncture and properties of D2 steel[J]．HeatTreatment ofMetals．2015，40(4)：117—120．李念，袁泽喜，江鑫，等，退火工艺对D2钢组织与性能的影响【J]．金属热处理，2015，40(1)：124一127．U N，Yuan Z X，Jiang X，et a1．Influence of annealing processon micrestmcture and properties of D2 steel[J]．Heat 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hust．edu．CB。四、联系方式学会秘书处地址：北京市海淀区学清路18号北京机电研究所702室(100083)联系人：陆辛、何祝斌、李淑玲 联系方式：13693629920，15244629678，010—62920654E—mail：duanya@cmes．org(学会秘书处)中国机械工程学会塑性工程分会万方数据