4Cr5W2VSi模具鋼的組織及力學(xué)性能

鉻系熱作模具鋼在中溫下具有較高的熱強(qiáng)度、硬度、耐磨性、韌性和熱疲勞性能，成為世界上應(yīng)用最廣泛的熱作模具鋼。

熱作模具在工作時承受著很大的沖擊載荷，膜腔與高溫金屬接觸后，局部溫度可達(dá)500～700 ℃，同時還經(jīng)受著反復(fù)的加熱和冷卻，模具工作表面容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。另外炙熱金屬被強(qiáng)制變形時，與型腔表面摩擦，模具極易磨損并且硬度降低。4Cr5W2VSi鋼是一種鉻系熱作模具鋼，具有空冷硬化的特點。目前，關(guān)于4Cr5W2VSi鋼的研究比較少，因此，深入研究其組織特征和力學(xué)性能，對改善和提高4Cr5W2VSi鋼的服役性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

本課題對4Cr5W2VSi模具鋼的組織進(jìn)行了比較深入的研究，通過分析退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)的組織特征，確定了帶狀組織的存在形式，物相組成，闡述了退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)組織特征對沖擊性能的影響，以及組織和力學(xué)性能的各向異性，并對退火態(tài)4Cr5W2VSi鋼與H13鋼的拉伸性能進(jìn)行了對比。

試驗材料為經(jīng)過反復(fù)拔長和鐓粗鍛造的4Cr5W2VSi鋼，尺寸為120 mm×120 mm×200 mm。通過熒光光譜檢測其化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C0.32，Si1.2，Mn≤0.04，Cr4.82，W1.69，V0.62，P≤0.03，S≤0.03。試驗材料分別為退火態(tài)和退火后調(diào)質(zhì)處理態(tài)。退火采用860 ℃常規(guī)球化退火，保溫4 h，爐冷至500 ℃以下出爐空冷；調(diào)質(zhì)采用1030 ℃真空淬火，油淬，600 ℃回火兩次，每次2 h。在兩種狀態(tài)下，沿拔長方向（縱向）和垂直于拔長方向（橫向）切取試樣，進(jìn)行組織分析、拉伸試驗、沖擊試驗和硬度測試，研究其組織和力學(xué)性能。結(jié)果表明：

1) 調(diào)質(zhì)熱處理不能消除4Cr5W2VSi鋼的偏析，其退火態(tài)和調(diào)質(zhì)態(tài)橫向組織的枝晶偏析呈網(wǎng)狀，縱向組織偏析呈帶狀，且由于合金元素偏聚，調(diào)質(zhì)態(tài)偏析更為嚴(yán)重；4Cr5W2VSi鋼的退火態(tài)組織為粒狀珠光體+少量偽共晶碳化物，調(diào)質(zhì)態(tài)組織為回火托氏體和沿晶界析出的網(wǎng)狀碳化物。

2) 4Cr5W2VSi鋼退火態(tài)屈服強(qiáng)度為378 MPa，抗拉強(qiáng)度為890 MPa，調(diào)質(zhì)態(tài)屈服強(qiáng)度是退火態(tài)的1.35倍，抗拉強(qiáng)度是退火態(tài)的1.1倍。

3) 退火態(tài)4Cr5W2VSi鋼的沖擊性能存在各向異性，縱向沖擊性能要高于橫向；調(diào)質(zhì)態(tài)沖擊性能不存在各向異性，退火態(tài)的沖擊性能明顯高于調(diào)質(zhì)態(tài)；其沖擊斷口均為脆性斷口。

4) 4Cr5W2VSi鋼中碳化物的存在形式為Fe6C、Fe7C3、Cr7C3、Cr23C6等，調(diào)質(zhì)態(tài)硬度是退火態(tài)硬度的3倍左右，這是因為調(diào)質(zhì)后發(fā)生相變，生成了脆性相托氏體以及合金元素偏聚引起的二次硬化。