5Cr4W5Mo2V鋼(RM2)是我國自行研制的新型高熱強性熱作模具鋼,為我國合金模具鋼推薦鋼號之一。該鋼經常規熱處理后具有高的硬度、耐磨性、耐回火性和熱穩定性,是一種性能優異的熱作模具鋼,在高硬度狀態下,抗壓強度最高可達2300MPa,但沖擊韌性相對較低,僅為14~19J/cm2(試驗溫度20℃),模具在使用過程中容易開裂。近年來,通過貝氏體等溫淬火提高合金鋼強韌性的方式得到廣泛應用,其中GCr18Mo、3Cr2MoCoWV、G55SiMoV等鋼種經不同等溫淬火處理后可提高沖擊韌性達30%~60%。為進一步提高RM2鋼的使用性能,利用下貝氏體組織兼具強韌性的特點,研究了5Cr4W5Mo2V鋼等溫淬火增韌工藝對其硬度和韌性的影響,討論了適用于5Cr4W5Mo2V鋼的******等溫淬火時間參數。
試驗材料5Cr4W5Mo2V鋼為鍛件退火態,退火工藝為:退火溫度900℃,保溫2h,降溫到(730±10)℃,保溫4h,爐冷到≤500℃,出爐冷卻。其化學成分如表1所示。
表1 5Cr4W5Mo2V鋼的化學成分(質量分數,%)
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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W
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V
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Fe
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0.45
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0.38
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0.24
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3.96
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1.84
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4.55
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0.829
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余量
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試驗研究不同等溫淬火時間對5Cr4W5Mo2V鋼力學性能的影響,并結合顯微組織斷口形貌進行對比分析,熱處理工藝采用箱式電阻爐進行奧氏體化,1150℃×20min,自制鹽浴爐進行等溫鹽浴,330℃±3℃×15~180min。
截取10mm×10mm×8mm試樣作為顯微組織分析試樣,經拋光腐蝕后在JSM-6510場發射掃描電子顯微鏡上進行觀察,采用Image pro-Plus6.0圖像分析系統定量分析復合組織,選取15張照片進行分析,取平均值獲得不同等溫淬火時間對應的下貝氏體含量。沖擊斷口形貌在JSM-7001F掃描電子顯微鏡下觀察。試樣硬度采用HR-150A型硬度計測量,沖擊試驗在JBNS-500型沖擊試驗機上完成。結果表明:
(1)隨著等溫淬火時間的延長,黑色針狀下貝氏體含量逐漸增加,硬度逐漸降低,沖擊韌性逐漸升高。等溫淬火時間30~60min之間,下貝氏體含量從28.8%快速增長到59.9%,沖擊韌性隨時間的延長大幅度升高,漲幅達到86%;等溫淬火60min之后,下貝氏體含量趨于穩定,試樣的沖擊韌性增加不明顯,硬度小幅度降低。
(2)不同等溫時間淬火后的斷口有解理臺階和撕裂痕,并且有少量淺而小的韌窩存在,隨著下貝氏體含量增加,解理面愈細小,進一步緩和裂紋尖端之間應力集中,試樣的沖擊韌性明顯上升。
(3)5Cr4W5Mo2V鋼試樣經1150℃奧氏體化,330℃等溫淬火60min以上,可以獲得更好的綜合力學性能。