热处理工艺对预硬型模具钢组织转变的影响

　　调制预硬型塑料模具钢生产工艺复杂，能耗高，采用非调质工艺代替淬火 + 回火的调制工艺生产塑料模具钢，可有效地降低生产成本缩短生产周期，因而成为一个重要的研究方向. 国内外目前对于淬透性有一定研究[1 -3]，但是对于非调质预硬型塑料模具钢达到淬透性极限值时组织转变特性报道较少，而这对研究如何消除铁素体，提高淬透性有重要意义，因此本文着重对预硬型塑料模具钢组织转变特性及影响因素进行了探讨.

　　1 试 验

　　实验钢采用25kg真空感应炉冶炼，化学成分(质量分数/%):0.20～0.40C、0.30Si、1.50Mn、0.5Ni、0.03Ti、2.0Cr 及适量的Mo及B.随后在1200℃保温并锻造成截面100mm×100mm的长方体坯料，然后将试样切成Φ6mm×10mm的圆柱形，在北京科技大学高效轧制国家工程研究中心热膨胀仪上进行热模拟，分别在不同温度下保温，使组织奥氏体化，为保证各组织转变温度在所需冷却速率范围内且缩短试验时间，以0.5℃/s冷却至730℃，然后以0.01℃/s速率冷却至200或500℃，再以0.5℃/s速率冷却至室温. 机械抛光后用体积分数4%的硝酸酒精溶液侵蚀，为了得到原始奥氏体组织，对不同保温温度下的试样在(60±10)℃进行蒸馏水饱和苦味酸侵蚀，对组织进行金相、扫描电镜(SEM) 和透射电镜(TEM)观察并分析.

　　2 结果与讨论

　　2.1 预硬型塑料模具钢晶粒度与淬透性的关系

　　先对实验用材料在920℃保温10min，然后以0.01℃/s冷速冷却. 另选试样进行两次淬火，保温温度分别为880 和860℃，保温时间5min，冷速5℃/s ，然后在920℃下保温5min ，以0.01℃/s冷却，对上述两种工艺的试验用钢进行原奥氏体晶粒侵蚀，获得组织分别如图1、图2所示.

　　通过对组织进行观察可以看出，未淬火试样在0.01℃/s时，只有少量的珠光体产生. 在经历过两次淬火后0.01℃/s冷速冷却时，原奥氏体晶粒组织有了明显的细化. 组织中珠光体仅仅略有增加. 一般认为晶粒度降高，淬透性也随之降低. 关于奥氏体晶粒尺寸对贝氏体钢淬透性的影响，有分析认为，由于贝氏体可以在整个晶粒内成核，晶粒尺寸的变化对贝氏体淬透性的影响理应比对珠光体淬透性的影响要小; 随着钢的含碳量的增加，奥氏体晶粒度影响淬透性的作用随之减小. 且合金化过程越复杂，其作用越小[4]. 但是贝氏体的形核位置和形核温度仅仅决定贝氏体的形态，而决定淬透性高低的珠光体和铁素体易于在晶界处形核，晶粒度的增加将为珠光体及铁素体生成提供更大的几率，这是晶粒细化后珠光体略有增加的原因.

　　为了进一步研究试验用钢的淬透性特征，制定如下几组试验方案. 将保温温度设定为880℃分别保温10、30min，淬火温度降低到840℃进行二次淬火后在880℃保温5、30min并冷却，得到组织及原奥氏体晶粒如图3、图4所示.