Raziskave lastnosti več jekel za vroče delo
Preizkušene so bile mehanske lastnosti in toplotna stabilnost jekel za vroče delo GMH20, PH25, DIEVAR in H13. Rezultati kažejo, da sta plastičnost in trdota jekla GMH20, jekla PH25 in jekla DIEVAR očitno boljši od jekla H13 po vakuumski toplotni obdelavi z istim postopkom. Na splošno imata jekla GMH20 in DIEVAR najboljše mehanske lastnosti. Poleg tega se s podaljšanjem časa zadrževanja pri 610 stopinjah trdota teh štirih vrst jekla vedno bolj približuje, približno 35 HRC.
Jeklo H13 je na Kitajskem zelo razširjeno jeklo za vroče delo. Trenutno je metoda legiranja z nizko vsebnostjo Si in visoko vsebnostjo Mo razvojni trend izboljšanega jekla H13. Prednosti redukcije Si so: (1) zmanjšanje segregacije oblike ∧ ali ∨ oblike; (2) homogenizirati makro organizacijo; (3) tanjšanje dendritov mikrosolidirane strukture; (4) Zmanjšajte podhlajanje komponent na vmesniku za strjevanje med strjevanjem; (5) Zmanjšajte evtektične karbide; (6) rafiniranje kristalov avstenita; (7) izboljšati plastičnost in žilavost; (8) Zmanjšajte stopnjo širjenja razpok zaradi utrujenosti pri visoki temperaturi; (9) Zmanjšajte stopnjo širjenja razpok pri lezenju; (10) Zavira transformacijo bainita med kaljenjem hlajenja; (11) Izboljšajte odpornost proti toplotnim razpokam. Prednosti povečanja Mo so: (1) izboljšanje kaljivosti, zaviranje precipitacije karbida na mejah zrn in transformacije bainita; (2) izboljša odpornost proti kaljenju; (3) Povečajte visokotemperaturno trdnost in visokotemperaturno trdnost lezenja; (4) Izboljšajte odpornost proti toplotnim razpokam; (5) izboljšanje žilavosti; (6) evtektično prečiščevanje karbida in enakomerna porazdelitev karbida. Pri preučevanju visokotemperaturnih lastnosti jekla za matrice za vroče delo mnogi znanstveniki uporabljajo teste toplotne stabilnosti, da bi opredelili sposobnost materiala, da ohrani organizacijsko stabilnost, in spremembe mehanskih lastnosti, kot sta trdota in trdnost, pri delu pri visokih temperaturah.
Jeklo DIEVAR, jeklo GMH20 in jeklo PH25 spadajo med izboljšana jekla H13 z nizko Si in visoko Mo. Zdaj so tri vrste jekla in jekla H13 skupaj toplotno obdelane z uporabo istega postopka toplotne obdelave za primerjavo trdote, mehanskih lastnosti, udarne žilavosti in toplotne stabilnosti štirih vrst jekla.
Testni materiali in metode
1. Preizkusite sestavo materiala
Testni materiali so bili jeklo GMH20, jeklo PH25, jeklo DIEVAR in jeklo H13. Štirje materiali so bili obdelani v vzorce trdote za natezno, udarno in termično stabilnost. Kemična sestava preskusnih materialov je prikazana v tabeli 1.
2. Preskusna metoda
Pravokoten vzorec z zarezo v obliki črke V je bil uporabljen za udarec pri sobni temperaturi in vzorec udarca je bil 10 mm × 10 mm × 55 mm, kar je bilo izmerjeno v skladu z GB/T 229-2007 "metodo za preskus udarca s kovinsko zarezo po Charpyju", in preskus udarca je bil izveden na stroju za testiranje udarca tipa ZBC230Z-B. Natezni preizkus je bil izveden na univerzalnem testnem stroju CMT5305, izbranih je bilo 10 nateznih palic. Mikrostrukturo smo opazovali z metalografskim mikroskopom Neophot30. Trdota je bila določena s HRS-150 digitalnim prikazovalnikom Rockwell trdote. Postopek toplotne obdelave mehanskih lastnosti štirih materialov je: neposredno zračno hlajenje, kaljenje pri 1020 stopinjah in kaljenje pri 560 stopinjah in 595 stopinjah za 3 ure.
Toplotna stabilnost je ena od glavnih lastnosti jekla za matrice za vroče delo, ki odraža sposobnost jekla za matrice, da se upre mehčanju pri delu pri visoki temperaturi, in je povezana z visokotemperaturno zmogljivostjo jekla. 4 vrste preskusnih jekel spadajo v jekla za tlačno obdelavo v vročem razredu H13, ki se večinoma uporabljajo kot materiali za tlačno litje iz aluminijevih zlitin. Tališče aluminijeve zlitine je običajno približno 600 stopinj C, in če gredica teče v votlini kalupa, bo temperatura višja. Zato je bila temperatura preskusa toplotne stabilnosti izbrana pri 610 stopinjah. Grelna peč tega preskusa je visokotemperaturna škatlasta uporovna peč YFX10/13Q-GC, velikost vzorca pa je 15 mm × 15 mm × 10 mm. Vzorci so bili predhodno ohlajeni na 1020 stopinj in nato zračno ohlajeni, dvakrat temperirani na 560 stopinj in 590 stopinj, nato pa postavljeni v visokotemperaturno škatlasto peč za čas kaljenja 610 stopinj 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 15 h in 20 h. Izmerili smo trdoto vzorca po različnih časih držanja in izrisali krivuljo.
3. Sklep
(1) Mehanske lastnosti jekla GMH20 in jekla PH25 so boljše od jekla H13 in blizu jeklu DIEVAR, zlasti jeklu GMH20, mehanske lastnosti pa so zelo blizu jeklu DIEVAR. Plastičnost jekla GMH20, PH25 in DIEVAR je bistveno boljša kot pri jeklu H13, predvsem zato, ker je vsebnost Si močno zmanjšana v primerjavi s kemično sestavo jekla H13, vsebnost Mo pa je povečana, in ta sprememba sestave lahko izboljšati plastičnost in žilavost jekla. Zmanjšanje vsebnosti Si lahko izboljša plastičnost jekla, jeklo DIEVAR pa ima najnižjo vsebnost Si, zato je njegova plastičnost najboljša. Na splošno imata jeklo DIEVAR in jeklo GMH20 najboljše mehanske lastnosti.
(2) Pri 610 stopinjah za dolgo časa je trend spremembe toplotne stabilnosti jekla GMH20 in jekla PH25 zelo blizu, krivulji pa skoraj sovpadata; S podaljšanjem časa zadrževanja je trdota štirih vrst jekla enaka, približno 35 HRC.
