Ricerca sulle proprietà di diversi acciai per stampi per lavorazione a caldo
Sono state testate le proprietà meccaniche e la stabilità termica degli acciai per stampi per lavorazione a caldo GMH20, PH25, DIEVAR e H13. I risultati mostrano che la plasticità e la durezza dell'acciaio GMH20, dell'acciaio PH25 e dell'acciaio DIEVAR sono ovviamente migliori dell'acciaio H13 dopo il trattamento termico sotto vuoto con lo stesso processo. Nel complesso, gli acciai GMH20 e DIEVAR hanno le migliori proprietà meccaniche. Inoltre, con l'estensione del tempo di mantenimento a 610 gradi, la durezza di questi quattro tipi di acciaio si avvicina sempre di più, a circa 35 HRC.
L'acciaio H13 è un acciaio per stampi per lavorazioni a caldo molto utilizzato in Cina. Allo stato attuale, il metodo di lega a basso Si e alto Mo è una tendenza di sviluppo dell'acciaio H13 migliorato. I vantaggi della riduzione del Si sono: (1) riduzione della segregazione della forma ∧ o della forma ∨; (2) omogeneizzare la macroorganizzazione; (3) dendriti assottiglianti della struttura microsolidificata; (4) Ridurre il sottoraffreddamento dei componenti sull'interfaccia di solidificazione durante la solidificazione; (5) Ridurre i carburi eutettici; (6) Raffinazione dei cristalli di austenite; (7) Migliorare la plasticità e la tenacità; (8) Ridurre la velocità di propagazione delle cricche da fatica ad alta temperatura; (9) Ridurre la velocità di propagazione delle crepe da scorrimento viscoso; (10) Inibire la trasformazione della bainite durante il raffreddamento di spegnimento; (11) Migliorare la resistenza alla fessurazione termica. I vantaggi dell'aumento del Mo sono: (1) miglioramento della temprabilità, inibendo la precipitazione del carburo al bordo del grano e la trasformazione della bainite; (2) Migliorare la resistenza al rinvenimento; (3) Aumentare la resistenza alle alte temperature e la resistenza allo scorrimento ad alta temperatura; (4) Migliorare la resistenza al cracking termico; (5) Migliorare la tenacità; (6) raffinazione del carburo eutettico e distribuzione uniforme del carburo. Quando si studiano le proprietà ad alta temperatura dell'acciaio per stampi per lavorazione a caldo, molti studiosi utilizzano test di stabilità termica per caratterizzare la capacità del materiale di mantenere la stabilità organizzativa e i cambiamenti nelle proprietà meccaniche come durezza e resistenza quando si lavora ad alte temperature.
L'acciaio DIEVAR, l'acciaio GMH20 e l'acciaio PH25 appartengono agli acciai H13 migliorati a basso Si e alto Mo. Ora i tre tipi di acciaio e l'acciaio H13 vengono trattati termicamente insieme, utilizzando lo stesso processo di trattamento termico per confrontare la durezza, le proprietà meccaniche, la resistenza agli urti e la stabilità termica dei quattro tipi di acciaio.
Materiali e metodi di prova
1. Testare la composizione del materiale
I materiali di prova erano acciaio GMH20, acciaio PH25, acciaio DIEVAR e acciaio H13. I quattro materiali sono stati trasformati rispettivamente in campioni di durezza a trazione, impatto e stabilità termica. La composizione chimica dei materiali di prova è stata mostrata nella Tabella 1.
2. Metodo di prova
Per l'impatto a temperatura ambiente è stato utilizzato un campione rettangolare con intaglio a forma di V e il campione di impatto era 10 mm × 10 mm × 55 mm, misurato secondo GB/T 229-2007 "Metodo di prova dell'impatto Metal Charpy Notch", e la prova d'urto è stata eseguita su una macchina per prove d'urto di tipo ZBC230Z-B. La prova di trazione è stata eseguita sulla macchina di prova universale CMT5305 e sono state selezionate 10 aste per prove di trazione. La microstruttura è stata osservata con il microscopio metallografico Neophot30. La durezza è stata determinata dal durometro Rockwell con display digitale HRS-150. Il processo di trattamento termico delle proprietà meccaniche dei quattro materiali è: raffreddamento diretto ad aria a 1020 gradi e rinvenimento a 560 gradi e 595 gradi per 3 ore.
La stabilità termica è una delle proprietà principali dell'acciaio per stampi per lavorazione a caldo, che riflette la capacità dell'acciaio per stampi di resistere al rammollimento quando si lavora ad alta temperatura ed è correlata alle prestazioni dell'acciaio alle alte temperature. 4 tipi di acciai di prova appartengono agli acciai per lavorazioni a caldo di classe H13, utilizzati principalmente come materiali per pressofusione di leghe di alluminio. Il punto di fusione della lega di alluminio è generalmente di circa 600 gradi C e se la billetta scorre nella cavità dello stampo, la temperatura sarà più elevata. Pertanto, la temperatura del test di stabilità termica è stata selezionata a 610 gradi. Il forno di riscaldamento di questo test è il forno a resistenza a scatola ad alta temperatura YFX10/13Q-GC e la dimensione del campione è 15 mm × 15 mm × 10 mm. I campioni sono stati preraffreddati a 1020 gradi e poi raffreddati ad aria, temperati due volte a 560 gradi e 590 gradi, quindi posti in un forno a scatola ad alta temperatura per un tempo di rinvenimento a 610 gradi di 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 15 h e 20 h rispettivamente. È stata misurata la durezza del campione dopo diversi tempi di permanenza ed è stata tracciata la curva.
3. Conclusione
(1) Le proprietà meccaniche dell'acciaio GMH20 e dell'acciaio PH25 sono migliori dell'acciaio H13 e vicine all'acciaio DIEVAR, in particolare all'acciaio GMH20, e le proprietà meccaniche sono molto vicine all'acciaio DIEVAR. La plasticità dell'acciaio GMH20, PH25 e DIEVAR è significativamente migliore di quella dell'acciaio H13, principalmente perché il contenuto di Si è notevolmente ridotto rispetto alla composizione chimica dell'acciaio H13 e il contenuto di Mo è aumentato e questo cambiamento nella composizione può migliorare la plasticità e la tenacità dell'acciaio. La riduzione del contenuto di Si può migliorare la plasticità dell'acciaio e l'acciaio DIEVAR ha il contenuto di Si più basso, quindi la sua plasticità è la migliore. Nel complesso, l'acciaio DIEVAR e l'acciaio GMH20 hanno le migliori proprietà meccaniche.
(2) A 610 gradi per un lungo periodo, la tendenza al cambiamento della stabilità termica dell'acciaio GMH20 e dell'acciaio PH25 è molto vicina e le curve quasi coincidono; Con l'allungamento del tempo di tenuta, la durezza dei quattro tipi di acciaio tende ad essere la stessa, circa 35 HRC.
