H13钢的不同化学成分对其结构性能影响分析(4)

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。