本文關(guān)鍵詞：H13鋼中碳氮化物生成機(jī)理及高溫演變規(guī)律　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：H13熱作模具鋼在凝固時(shí)由兩相區(qū)生成微米級(jí)的初生碳氮化物,在固相區(qū)析出納米碳化物,對(duì)材料的塑韌性、強(qiáng)度、硬度等和模具使用壽命有重要影響。大尺寸的微米級(jí)初生碳氮化物即使經(jīng)過熱變形和熱處理后也很難完全去除,作為有害的硬質(zhì)點(diǎn)和裂紋源會(huì)惡化合金韌性,保留在產(chǎn)品中后會(huì)導(dǎo)致模具的開裂。本文分析了 H13鋼中非金屬夾雜物及初生碳氮化物的類型和特征,說明了不同類型第二相在H13鋼中的生成條件。根據(jù)偏析模型和溶液模型對(duì)穩(wěn)定性高的MC型初生碳氮化物(包括(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))和(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))的熱力學(xué)進(jìn)行研究,指出元素偏析是初生碳氮化物生成的根本原因,凝固方式和元素含量影響初生碳氮化物的生成。H13連鑄時(shí)芯部為等軸枝晶,初生碳氮化物在交錯(cuò)的枝晶間呈網(wǎng)狀分布,并相互聚合形成數(shù)十微米到上百微米的長(zhǎng)條狀,而經(jīng)過電渣重熔后枝晶結(jié)構(gòu)主要為柱狀樹枝晶,碳氮化物均勻分布在相互獨(dú)立的枝晶間,尺寸為幾微米到幾十微米,改善碳氮化物的尺寸、數(shù)量和分布。H13鋼中的MC型碳氮化物包括單層、雙層和三層結(jié)構(gòu),(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))可作為(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))的核心,而一部分氧化物和硫化物可作為(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))的核心。根據(jù)偏析模型和熱力學(xué)計(jì)算,wTi=0.0024%時(shí)(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))在固相率接近0.96時(shí)可由凝固前沿生成,而富Ti、N的(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))在固相率為0.88時(shí)即可生成,降低V、C、Si等含量可減輕或抑制H13鋼中MC型碳氮化物的生成,而Ti、N元素可影響H13鋼中MC型初生碳氮化物的類型、尺寸、形貌和數(shù)量等,方形的(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))數(shù)量增加、穩(wěn)定性增強(qiáng)。固相區(qū)中納米碳化物的析出溫度是導(dǎo)致粒子尺寸差異的直接原因。高溫時(shí)H13鋼中初生碳氮化物可溶于基體,理論計(jì)算(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))的平衡分解溫度為1063℃以下,而當(dāng)wTi=0.0024%時(shí)(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N1y)平衡分解溫度在1107～1246℃之間,固溶Ti、N含量高時(shí)分解溫度增加。在1200℃和1250℃保溫時(shí)H13鋼中MC型初生碳氮化物發(fā)生分解,首先邊部鋸齒化,(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))由外至內(nèi)逐漸分解、形成細(xì)小顆粒,在1250℃×5h時(shí)(V_x,Mo_(1-x))(C_y,N_(1-y))完全溶解消失。而(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y))高溫時(shí)則由致密結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫诐O網(wǎng)狀,分解形成尺寸為0.1～1μm的短棒狀或球狀顆粒,當(dāng)顆粒逐漸溶入基體后原始碳氮化物消失。碳氮化物分解時(shí)伴隨著基體和碳氮化物間Fe、Ti、V等元素的擴(kuò)散,當(dāng)Fe由基體向碳氮化物擴(kuò)散含量越多,碳氮化物分解越充分。1250℃×15h保溫后H13鋼中的初生碳氮化物較難發(fā)現(xiàn),平均長(zhǎng)度降為6.5μm,但當(dāng)H13鋼中Ti、N含量增加時(shí),即使1250℃×15h保溫也會(huì)殘留較多的塊狀或方形的(Ti_x,V_(1-x))(C_y,N_(1-y)),需要繼續(xù)提高加熱溫度。盡管1250℃保溫時(shí)晶粒尺寸急劇長(zhǎng)大,但通過合適的熱加工可以使晶粒尺寸控制在8μm以下,避免晶粒粗化對(duì)塑韌性的影響,同時(shí)高溫作用可以減輕由于元素偏析和熱變形引起的帶狀。高溫時(shí)殘留的納米粒子為主要含有Ti、V的納米碳化物,數(shù)量少、尺寸在200nm以上,對(duì)細(xì)化晶粒的作用較弱。根據(jù)工業(yè)實(shí)驗(yàn)為滿足對(duì)韌性要求需要將H13中最大初生碳氮化物尺寸控制在16μm以下、數(shù)量小于2.88個(gè)/mm2。將H13熱作模具鋼的合金成分進(jìn)行優(yōu)化,可減輕甚至消除產(chǎn)品中初生碳氮化物,并通過控制合金成分使材料滿足對(duì)硬度、強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性的需求。
[Abstract]:Based on the segregation model and thermodynamic calculation , it is difficult to completely remove carbon nitride . The decomposition temperature of C _ y , N _ ( 1 - x )) ( C _ y , N _ ( 1 - x )) ( C _ y , N _ ( 1 - y )) at 1250 鈩，

本文編號(hào)：1398525