抚顺特种钢模技术共享_铝挤压模具钢H13锻造大规格圆钢组织和性能研究

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作者:马 野、 周 健、 孙秀华、汝亚斌、杨天亮、刘宝石(抚顺特种钢铁有限公司技术中心 、钢铁研究院)

本文已在《模具制造》月刊上发表，版权归作者所有，请注明转载来源，谢谢！

1 引言

近年来， 中国铝挤压型材的生产和消费已跃居世界**。 中国已成为铝挤压型材的主要生产国。 铝挤压技术和铝挤压设备发展更快， 正在向铝挤压强国迈进。铝及铝合金挤压产品包括棒、 线、 管和型材， 通过各种铝及铝合金挤压模具获得。因此， 铝及铝合金挤压模具是保证铝及铝合金产品成型和挤压产品质量的重要工具之一。随着国民经济的快速发展， 铝及铝合金产品在建筑、 交通、 航空、 航天等领域的需求不断增加， 正朝着大规模、 复杂、精密、 多规格的方向发展。

2 铝挤压大型介绍

随着铝和铝合金产品向大型化方向的发展， 铝挤压厂开始组装大型铝挤压机等设备， 开始生产大型复杂截面铝合金型材。大型复杂截面铝合金型材具有比强度高、 结构合理、 装配工艺简单、表面处理方便等特点。 目前已进入市场需求快速增长阶段， 品种规格不断增加， 应用领域不断增加， 已扩展到国民经济各行业和人民生活的各个方面。例如，铝型材、 高速列车 （见图1） 、城市地铁大型铝型材等。

大型复杂截面铝型材挤压技术代表了当今铝型材加工技术的更高水平， 能否掌握大型铝型材挤压技术也代表了**铝加工行业的整体技术水平。 模具技术是大型复杂截面铝型材挤压生产技术的核心和关键技术， 已成为大型铝型材挤压生产的技术瓶颈，限制了大型材的复杂性。模具设计和制造水平直接决定挤压水平；模具质量影响挤压产品质量、成品率和挤压生产效率。模具成本占挤压生产成本的30%~40%， 甚至比例更高。

大规模挤压模具对模具钢的要求很高， 当模具尺寸超过 600时mm， 与模具钢相比具有明显的尺寸效应， 心冲击韧性往往难以满足模具使用标准的要求， 对大型模具钢的生产技术带来了巨大的考验。在挤压模具的使用过程中， 由于高温 （工作温度可达540℃） GPa） 、 高摩擦 (剪切摩擦系数接近1) 三高损伤， 易断裂故障， 模具断裂故障是常见的故障模式之一。当模具材料韧性差时， 模具容易断裂故障， 因此 优良的韧性是铝挤压模具的基本性能之一。

近十年来， 热作模具钢H13.韧性好，热强度好， 热疲劳性好，耐磨性好。在中国， H13钢广泛用于制造铝合金型材挤压模具， 随着铝挤压模具的大规模发展， 大规格H市场对13钢的需求越来越大。

图1

3 试验方案

本文用于大规格研究H13钢、 锻造圆钢规格为 605mm。生产工艺如下：EAF LF VD→电渣重熔→大型快锻机锻造成材→钢材热处理， 热处理退火温度820℃~840℃， 钢退火后的硬度≤229HB。其化学成分、 非金属夹杂物和超声波探伤符合相关要求。大规格试验H13钢锻造圆钢分析非金属夹杂物， 显微组织和冲击韧性NADCA#对比分析207优质钢标准、 非金属夹杂物、 显微组织和冲击韧性。

4 试验结果及讨论

4.1 试验材料

本文用于大规格研究H13钢锻造圆钢生产规格mm。大规格试验H13钢锻造圆钢的冶炼化学成分如表1所示。

H13钢渣钢锭是由大型锻造机锻造的 605mm大圆钢表2为圆钢非金属夹杂物级 (按等级评分)ASTM E45标准检验，图2显示H13钢锻造大型圆钢夹杂物。

图2 H13钢锻造大型圆钢夹杂物

从表2可以看出， 是通过电渣冶炼工艺生产的H13钢锻造大规格圆钢中各种夹杂物粗系为0级， 氧化物和 硫化物的夹杂细系为1级.0级， 北美压铸模具协会NADCA# 207优质钢标准，H13钢锻造大型圆钢夹杂物，北美压铸模具协会NADCA#207优质钢标准要求。

4.2 显微组织

H13钢交付状态为退火热处理， 退火后显微组织的优缺点直接影响用户的更终使用性能。因此，退火显微组织是一种评价H 显微组织的重要指标是退火球化组织， 北美压铸模具协会NADCA#207优质钢标准中H13钢的合格等级为AS1-AS9.球形退火获得均匀的球形珠光体组织， 和球形珠光体均匀分布在铁素体上， 可获得良好的马氏体组织， 可扩大模具淬火温度范围， 降低过热敏感性， 减少模具变形，防止淬火冷却裂纹， 所以球形组织均匀， 对热模具的更终热处理和使用具有重要意义。

对大规格H观察13钢锻造圆钢显微组织， 图3为H13钢 ? 605mm圆钢横截面1/2半径显微组织， 图4为H13钢 ? 605mm圆钢横截面心部显微组织规格。

图3 H13钢锻造大型圆钢的1/2半径显微组织

图4 H13钢锻造大规格圆钢心部显微组织

从图3和图4可以看出 大规格H13钢锻造圆钢球化退火显微组织， 细粒状碳化

4.3 冲击韧性

良好的水平冲击性能是钢使用过程中良好疲劳韧性的保证。 冲击韧性高， 可减少热疲劳裂纹的产生和扩展。当模具尺寸超过600时，挤压模具的大规模要求非常高mm， 与模具钢相比具有明显的尺寸效应， 心脏冲击韧性往往难以满足模具使用标准的要求。试验钢的水平冲击性能主要与带状组织、碳化物尺寸和 分布有关。根据北美压铸模具协会NADCA# 试验取决于钢截面中心， 淬火、 回火调质后的冲击功， H13优质钢平均值不低于170J， 单个更小值不小于955J。

大规格H13锻造圆钢冲击样品取自圆钢截面中心和 1/2 半径。热处理系统淬火温度为1030℃， 回火温度600℃，将冲击样品的热处理硬度调

对大规格H试验13锻造圆钢的横向冲击性能，表3为 605mm大规格H13锻造圆钢截面中心与半径1/2的横向冲击性能测试结果进行比较。

从表3中的数据可以看出， 通过电渣冶炼和 锻造生产的大规格H13钢 ? 605mm圆钢， 横截面中心冲击功试验结果， 平均冲击功195.6J， 平均水平截面半 直径 1/2 冲击 .7J。北美压铸模协会在横截面中心和半径的1/2处NADCA# 优质钢平均值不低于1707标准J， 单个更小值不小于955J的要求。

5 结论

（1） 采用EAF LF VD ESR 大型锻造机锻造工艺可生产高纯度 605mm大规格H13钢，各种夹杂物粗系为0级， 氧化物和 硫化物混合细系为1级. 北美压铸模协会NADCA#207标准中优质钢的夹杂物要求。

（2） H13钢 ? 605mm大规格锻造圆钢， 球形退火显微组织， 细粒状碳化物分布在铁基体上， 碳化物分布均匀， 球形珠光体组织均匀。北美压铸模型协会NADCA# 半径1/2的球化组织可评为207标准评级AS 中心球化组织可评为4级AS 均为合格的显微组织。

(3) 通过电渣冶炼和 锻造生产的大规格 H13 钢? 605mm 横截面中心的平均冲击功达到 195.6J， 截面半径 1/2 平均冲击功达到214.7J。在横截面中心和半径的1/2处达到北美压铸模协会NADCA# 优质钢平均值不低于1707标准J， 单个更小值不小于955J的要求。

—The End—

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