硅对回火后H11热作模具钢的碳化物析出的影响

幸运星

在高温下热加工工具钢必须保持良好的力学性能。在典型的加工应用过程中，诸如锻造、挤压和压铸等，工具和产品之间的接触温度高达823K（550℃）以上，要求高温工具强化机制必须能替代通常的低温回火马氏体的强度。对于H11钢，二次碳化物析出被用作主要的强化机制，惯例地依靠形成Mo、Cr和V的二次碳化物。因为一些用途的韧性要求，为了获得38～55HRC的硬度水平，通常选择回火温度在813K～923K（540℃～650℃），超出二次硬化峰值。

20多年前就表明Si含量从1.0降到0.01%可提高H11工具钢的力学性能。然而，最近才出现相应的工业应用实例。发现Si含量从1.0%降到0.2～0.3%是使韧性强烈提高和改善抗回火能力的主要原因。

研究人员目前利用透射电子显微镜（TEM）和有关先前确认的硅含量对力学性能的影响，研究了H11热作模具钢在898K回火过程中的二次碳化物形成。试验用了四种不同Si含量的H11钢，化学成分见表1。结果观察到较低Si含量（0.05和0.3%Si）钢和较高Si含量（1.0和2.0%Si）钢产生不同的碳化物相和不同的颗粒分布。发现与在较高Si含量钢中的形成的M2C合金碳化物相比，在较低Si含量钢中Cr、Mo和V稳定渗碳体颗粒可造成相似的沉淀硬化作用。认为较低Si含量的钢具有更高的韧性是因为在经调质的马氏体显微组织的内部板条状和内部束状的区域中有更细、更均匀分布的富铬M7C3碳化物。

表1试验用钢的化学成分%

试验钢种类	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S	N	O
2% Si	0.38	2.06	0.35	5.05	1.33	0.40	0.029	0.0040	0.0044	0.0012
1% Si	0.36	0.98	0.35	5.03	1.30	0.41	0.026	0.0038	0.0039	0.0021
0.3% Si	0.35	0.29	0.35	5.09	1.29	0.42	0.027	0.0040	0.0035	0.0012
0.05% Si	0.35	0.05	0.36	5.02	1.27	0.42	0.026	0.0035	0.0018	0.0032