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H13鍛材球化退火工藝試驗研究

H13 鋼作為一種世界范圍內廣泛使用的熱作模具鋼，按正常的工藝鍛造后，可得到馬氏體、貝氏體混合組織，硬度較高，難以切削加工，必須進行球化退火， 球化退火對于消除鋼中的殘余應力、降低硬度、使合金碳化物均勻分布有較大作用，同時也為最終淬、回火熱處理做好組織上的準備。由于H13鋼鍛后冷卻速度緩慢， 造成組織粗大并出現網狀碳化物，經常規低溫球化退火后，心部組織存在粗大的共晶碳化物和成分偏析，碳化物聚集在晶界處，并且在局部連成鏈狀碳化物， 而共晶碳化物和二次碳化物在晶界聚集，強烈影響模塊的沖擊性能。因此，有必要對H13鍛材的球化熱處理工藝開展研究，以改善退火組織，進而提高其后續使用性能。

試驗材料及方法

H13鍛材試驗料采用2.1t電爐錠，經1800t精鍛機鍛成準190mm，始鍛溫度控制在1050～1100℃，終鍛溫度≥900℃，保證鍛造比≥4，帶鋸切200mm長料段。為合理制定球化熱處理工藝，試驗前利用DIL402PC 熱膨脹分析儀測量材料實際相變點溫度， Ac1=872.3℃，Ac3=931.6℃，Ms=451.4℃，Mf=366.1℃。根據實際相變點溫度，本次球化試驗制定工藝分別為：①830℃低溫球化退火5h；②960℃超細化處理2h+ 830℃低溫球化退火5 h；③1050℃超細化處理+830℃低溫球化退火。

試驗結果與分析 

低溫球化退火工藝   

      低溫球化退火是將鋼材或鋼件加熱到Ac1以下20℃左右，長時間保溫(決定于鋼種及要求的球化程度)后緩冷或空冷至室溫，以獲得球狀珠光體的熱處理工藝。觀察顯微組織發現，雖然晶粒內部碳化物已經球化，但晶界區域存在大量鏈條狀網狀碳化物，并伴有帶狀偏析。究其原因是，鍛造后終鍛溫度高，冷卻速度緩慢，H13鋼屬過共析鋼，在緩冷過程中二次碳化物將呈網狀析出，且其合金含量比較高，原材料偏析不可避免。

超細化處理+低溫球化退火工藝

      該工藝的主要作用，碳化物充分溶解到奧氏體中，合金元素得到長時間的擴散，保溫后快冷到馬氏體轉變點以上溫度，使碳化物不能形成網狀且細化組織。淬水后，按照常規球化退火工藝進行球化處理。

      觀察顯微組織發現，兩種工藝獲得的球化組織明顯好于低溫球化退火工藝的組織， 碳化物顆粒細小，組織均勻，碳化物網狀結構全部消失，而且經工藝③處理后合金元素偏析得到明顯改善。原因是經高溫保溫結束后進行淬水處理，使其快速冷卻，可阻止二次碳化物呈網狀析出，緊接著進行球化退火，使從基體中析出的均勻彌散碳化物長大并形成球狀碳化物，使退火組織得到改善，另外經工藝③超細化處理的H13 鋼材，鉻和鉬的碳化物完全溶解，均勻細小分布在基體中，使得球化退火后的合金元素偏析得到改善。

結論

(1) H13鋼鍛后經830℃低溫球化退火工藝處理后，組織粗大，顯微偏析嚴重，球化不完全，大部分碳化物呈網狀結構，嚴重影響使用性能。

(2) H13鋼鍛后經1050℃超細化處理+830℃低溫球化退火處理后，組織細化，合金元素偏析得到改善，減輕了帶狀偏析，獲得了均勻細小的球化組織。

(3) H13 鍛材由于終鍛溫度高，冷卻速度緩慢，易引起粗大網狀碳化物產生，退火過程中無法消除。

      因此，在H13鍛材球化退火前，增加一次高溫超細化處理，能夠抑制網狀二次碳化物的析出，獲得細片狀珠光體組織，同時，合金元素充分溶解，偏析得到較大改善。

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