Дослідження властивостей кількох штампових сталей для гарячої обробки
Було перевірено механічні властивості та термічну стабільність штампових сталей GMH20, PH25, DIEVAR та H13. Результати показують, що пластичність і твердість сталі GMH20, сталі PH25 і сталі DIEVAR очевидно кращі, ніж у сталі H13 після вакуумної термічної обробки з тим самим процесом. Загалом найкращі механічні властивості мають сталі GMH20 і DIEVAR. Крім того, із збільшенням часу витримки при 610 градусах твердість цих чотирьох видів сталі стає все ближчою і ближчою до 35 HRC.
Сталь H13 є дуже широко використовуваною гарячою штамповою сталлю в Китаї. В даний час метод легування з низьким вмістом Si і високим вмістом Mo є тенденцією розвитку вдосконаленої сталі H13. Перевагами відновлення Si є: (1) зменшення сегрегації ∧ форми або ∨ форми; (2) гомогенізувати макроорганізацію; (3) витончення дендритів мікротвердої структури; (4) Зменшити переохолодження компонентів на поверхні затвердіння під час затвердіння; (5) Зменшення евтектичних карбідів; (6) Рафінування кристалів аустеніту; (7) покращити пластичність і міцність; (8) Зменшити швидкість розповсюдження тріщин від високотемпературної втоми; (9) Зменшити швидкість розповсюдження тріщин повзучості; (10) Інгібувати перетворення бейніту під час охолодження загарту; (11) Підвищення стійкості до термічного розтріскування. Перевагами збільшення Mo є: (1) покращення прогартуваності, інгібування осадження зернограничного карбіду та бейнітного перетворення; (2) покращити стійкість до гарту; (3) Підвищення високотемпературної міцності та високотемпературної повзучості; (4) Підвищення стійкості до термічного розтріскування; (5) Підвищення міцності; (6) евтектичне очищення карбіду та рівномірний розподіл карбіду. Вивчаючи високотемпературні властивості штампової сталі для гарячої обробки, багато вчених використовують випробування термічної стабільності, щоб охарактеризувати здатність матеріалу підтримувати організаційну стабільність і зміни механічних властивостей, таких як твердість і міцність, під час роботи за високих температур.
Сталь DIEVAR, сталь GMH20 і сталь PH25 належать до покращеної сталі H13 з низьким вмістом Si та високим вмістом Mo. Тепер три види сталі та сталь Н13 проходять термічну обробку разом, використовуючи той самий процес термічної обробки для порівняння твердості, механічних властивостей, ударної в’язкості та термічної стабільності чотирьох видів сталі.
Тестові матеріали та методи
1. Тестовий склад матеріалу
Матеріалами для випробувань були сталь GMH20, сталь PH25, сталь DIEVAR і сталь H13. Чотири матеріали були оброблені на зразки твердості на розтяг, удар і термостійкість відповідно. Хімічний склад досліджуваних матеріалів наведено в таблиці 1.
2. Метод випробування
Прямокутний зразок із V-подібним вирізом використовувався для удару при кімнатній температурі, і зразок для удару був 10 мм × 10 мм × 55 мм, що було виміряно відповідно до GB/T 229-2007 «Метод випробування удару на метал за Шарпі», і випробування на удар проводилося на машині для випробувань на удар типу ZBC230Z-B. Випробування на розтяг проводили на універсальній випробувальній машині CMT5305, було відібрано 10 стрижнів для випробувань на розтяг. Мікроструктуру спостерігали за допомогою металографічного мікроскопа Neophot30. Твердість визначали за допомогою твердомера Роквелла з цифровим дисплеєм HRS-150. Процес термічної обробки механічних властивостей чотирьох матеріалів: пряме повітряне охолодження, загартування при 1020 градусах і відпуск при 560 градусах і 595 градусах протягом 3 годин.
Термічна стабільність є однією з основних властивостей штампової сталі для гарячої обробки, яка відображає здатність штампової сталі протистояти розм’якшенню під час роботи при високій температурі та пов’язана з високотемпературними характеристиками сталі. 4 види сталей для випробувань належать до сталей класу H13 для гарячої обробки, які в основному використовуються як матеріали для лиття під тиском з алюмінієвих сплавів. Температура плавлення алюмінієвого сплаву зазвичай становить близько 600 градусів C, і якщо заготовка тече в порожнині форми, температура буде вищою. Тому температуру випробування термічної стабільності було обрано на рівні 610 градусів. Нагрівальна піч цього випробування — високотемпературна коробкова піч опору YFX10/13Q-GC, розмір зразка — 15 мм × 15 мм × 10 мм. Зразки попередньо охолоджували до 1020 градусів, а потім охолоджували повітрям, двічі загартовували при 560 і 590 градусах, а потім поміщали у високотемпературну коробчасту піч для відпустки 610 градусів протягом 2 годин, 4 годин, 6 годин, 8 годин. год, 10 год, 15 год і 20 год відповідно. Виміряли твердість зразка після різного часу витримки та накреслили криву.
3. Висновок
(1) Механічні властивості сталі GMH20 і сталі PH25 кращі, ніж у сталі H13, і близькі до сталі DIEVAR, особливо сталі GMH20, а механічні властивості дуже близькі до сталі DIEVAR. Пластичність сталі GMH20, PH25 і DIEVAR значно краща, ніж у сталі H13, головним чином через те, що вміст Si значно знижений порівняно з хімічним складом сталі H13, а вміст Mo збільшений, і ця зміна складу може покращують пластичність і міцність сталі. Зниження вмісту Si може покращити пластичність сталі, а сталь DIEVAR має найнижчий вміст Si, тому її пластичність найкраща. В цілому сталь DIEVAR і сталь GMH20 мають найкращі механічні властивості.
(2) При 610 градусах протягом тривалого часу тенденція зміни термічної стабільності сталі GMH20 і сталі PH25 дуже близька, а криві майже збігаються; З подовженням часу витримки твердість чотирьох видів сталі має тенденцію бути однаковою, приблизно 35 HRC.
