H13钢的不同化学成分对其结构性能影响分析(4)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)艾福表面处理技术(上海)有限公司 作者:潘晓华

Mo

  Mo溶于Fe中也具固溶强化的作用,Mo溶解于A中能提高钢的淬透性,这在前面已有论述。

  这儿应明确指出,Mo明显推迟珠光体转变,但对贝氏体转变的影响不大,具体表现为:在钢中只要加入0.25~1.0%的Mo量,便足以使珠光体转变和贝氏体转变的区域分开,(Cr﹥ 2%和 V﹥ 0.5%也有相类似的作用)。

  Mo是作为使钢具有二次硬化的主要合金元素加入的,现在普遍认为,这是由于在回火时马氏体中析出Mo2C造成。Mo可与C形成Mo2C和MoC合金碳化物,还可随回火温度升高转变为M6C。具有密排六方点阵的Mo2C在马氏体板条内,亚晶界上以平行的细针状(二维为层片状)析出,显然,这种析出必须按单独形核机制(separate nucleation)。TEM研究指出,析出的位向关系为:(1102)Mo2C∥(010)α,[1101]Mo2C∥[100]α,[1120]Mo2C∥[001]α 。Mo2C和基体共格,从而导致二次硬化。Honeycombe认为,Mo2C形成初期是Mo和C原子沿马氏体的﹛100﹜面偏聚,形成象Al-Cu合金时效时出现的G-P区相似的组织[2]。钢中加入W和V形成W2C,VC的合金碳化物,也會具有二次硬化作用。另外再加入Cr和Co可以强化二次硬化效应。但要注意,为使钢中W和V的碳化物溶解进入A中,需要采用较高的奥氏体化温度,易引起奥氏体晶粒粗化而带来不良影响。所以常以优选Mo为最佳的二次硬化合金化元素。一般为了产生二次硬化效应,要求Mo的加入量不低于1.0%,加入3%Mo时可取得接近极值的效果。当加入量为2.0%~2.5%时,可获得最合经济和有效的效果[17]。Mo具有比Cr更强烈的碳化物形成倾向,在5%Cr的热作模具钢中,Mo2C先于Cr7C3形成。前已述,M7C3不能作为二次硬化的高温强化相,而且它在回火马氏体中的形成是以原位析出(in-situ)机制,不会发生弥散析出。为此,Mo的二次硬化的硬化强度和其最大硬化强度对应的温度皆高于Cr的相应值,同时,Mo2C的过时效速度亦较低(即不易聚集长大)。这三个条件是衡量二次硬化有效性的三个主要指标。

  Mo会提高钢的脱碳氧化敏感性,一般认为含3%Mo是使钢发生脱碳敏感的临界加入量。

  对含(2~3)% Mo的钢,为了提高钢的淬透性,常常还得加入(1~2)%的铬。

V

  V是置换固溶强化铁素体和形成奥氏体圈的元素。它和C,N的亲和力强。人们已知过渡族金属与C的亲和力因为其d电子壳层电子未填满,碳原子将其价电子填入过渡族金属d电子壳层。对VC,rc/rm =0.57(﹤0.59),形成间隙相化合物,具有FCC点阵结构,但在点阵的正八面体间隙并不都有碳原子,即存在碳原子缺位,这样,碳化钒并不严格按化学式,一般表示为V4C3(VC0.98~0.75),所以其点阵常数和硬度在一定范围内变化。VC的ΔG298O为‐83.7kJ∕mol[25],熔点为2830℃,硬度为2400HV,其残留在钢内将有利于耐磨性提高。其全部溶于A的温度为1413℃。

  V在工具钢中的主要作用是细化钢的晶粒和组织,增加钢的回火稳定性和增强二次硬化效应。一般介绍,V加入0.05%可细化晶粒,随加入量增加,细化效果加强。因为既使温度趋近700℃,V的碳化物稳定性仍高,仍能保持细小,所以V是有效阻止A晶粒粗化的元素,也是在高温下服役的钢的重要合金化元素,下文还有论述。

  V和Mo,W一样溶入基体中提高 α–Fe的自扩散激活能,另外它偏聚在位错线附近形成气团,与位错产生交互作用阻止其滑移,阻止位错网絡的重新排列形成胞状亚结构,增加马氏体的回复再结晶抗力,增加回火稳定性。再则,加入0.5%V,依籍V4C3的沉殿亦可产生二次硬化效应,且随V量增加有向高温推移的趋势,硬化强度提高,过时效速度亦较低,但要使V4C3溶入A中,加热温度要较高,(有介绍对含V的低合金及微合金低碳F-P型钢在950 ℃奥氏体化后正火便能产生有效的沉殿硬化和在1150℃正火显示最佳的沉殿硬化,这点可籍以参考)。需要采用高的奥氏体化温度会引起A晶粒粗化,及钢的缺口冲击韧度降低,如V在0.5%附近时。在2%Mo钢中加入0.5%V尚不足构成V4C3,而V会固溶于Mo2C。V原子半径为0.135nm(Mo为0.145nm),不增大点阵错配度,但因为V和C的亲和力大,会提高Mo2C的稳定性,即增加二次硬化的有效性,使二次硬化的峰值温度提高。

  V的碳化物形成为小的细片,起始片宽﹤5nm,厚不大于1nm,在550~650℃ 范围析出于F晶粒内的位错线上,产生明显的二次硬化作用,在550℃ 早期沉殿阶段,碳化物与基体共格,在<010>α 和<110>vc之间的错配度仅为3%,位向关系为{100}VC∥{110}α(Baker/Nutting)然而在700℃回火,碳化物片迅速粗化和开始球化,但马氏体片仍保持着,待700℃长时间回火后才变为等轴状铁素体晶粒。

  在钢中加入高于0.5% V可形成稳定V4C3,并引起二次硬化,其峰值温度约为(600~625)℃,(Mo的二次硬化峰值温度约为570℃~580℃),对0.40%C-2Cr-2Mo-0.5V钢的回火,由于Mo量较高最终会形成M6C(如Fe3Mo3C),M6C为原位形核机制析出,二次硬化作用不明显。

  H13钢的不同化学成分对其结构性能影响分析(4)为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/material/material/091395.html

  与 真空材料 H13钢 相关的文章请阅读:

  真空材料http://www.chvacuum.com/material/material/