Ang bakal na H13 ay nagpapakita ng mataas na kakayahang tumigas, mahusay na resistensya sa pagkasira at init, pinapanatili ang medyo mataas na katigasan at lakas sa ibaba ng 600°C, kasama ang higit na mahusay na resistensya sa lamig at init na pagkapagod at mahusay na katatagan ng temperatura. Malawakang ginagamit ito sa mga die casting mold para sa aluminyo, tanso, at kanilang mga haluang metal, na nagbubunga ng malaking benepisyong pang-ekonomiya. Gayunpaman, ang mga H13 module na ginawa ng kumpanya ay nagpakita ng pagbibitak sa ibabaw, hindi kumpletong spheroidization, at hindi pantay na microstructure sa panahon ng pagsubok sa produksyon. Ipinakikilala ng papel na ito ang isang high-temperature normalizing na sinusundan ng proseso ng spheroidizing annealing upang mapabuti ang kalidad ng module at makamit ang pare-parehong microstructure.

1. Natukoy ang mga isyu sa proseso ng pagbuo ng prototype.

Ang eksperimental na modyul ay gawa sa bakal na H13 na may sukat na 400 mm × 1000 mm × 3000 mm, at ang pangwakas na temperatura ng pagpapanday ay humigit-kumulang 950°C. Dahil sa kawalan ng napapanahong paggamot sa init pagkatapos ng pagpapanday, naganap ang pagbibitak sa ibabaw pagkatapos lumamig ang hangin sa temperatura ng silid, na umaabot hanggang sa loob ng modyul. Ipinakita ng pagsusuri na ang bakal na H13 ay isang bakal na maaaring patigasin, ibig sabihin ang martensitic na istraktura nito ay nabubuo habang pinapalamig ng hangin. Ang malawak na microstructural stress na nabuo sa panahon ng proseso ng pagpapalamig ng hangin pagkatapos ng pagpapanday ay humantong sa pagbibitak sa ibabaw ng modyul.

Upang maiwasan ang pagbibitak, ang mga modyul na bakal na H13 ay direktang isinailalim sa mabagal na paglamig sa pugon pagkatapos ng pagpapanday, na sinundan ng spheroidizing annealing. Pagkatapos ng spheroidizing annealing, ang katigasan ng modyul ay sinukat gamit ang isang Brinell hardness tester; tatlong sample ang sinubukan, kung saan kinuha ang mga sukat ng katigasan sa walong punto bawat isa (tingnan ang Talahanayan 1). Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 1, ang katigasan sa pangkalahatan ay nakamit ang mga kinakailangan, ngunit ang pagkakapareho ay hindi kasiya-siya dahil sa makabuluhang pagkakaiba-iba ng katigasan, kung saan ang mga indibidwal na punto ay lumampas sa tinukoy na limitasyon (≤220 HB). Ang metallographic analysis ng mga modyul ay nagpakita ng microstructure gaya ng inilalarawan sa Figure 1.

Ipinapakita ng Figure 1 ang microstructure pagkatapos ng isothermal spheroidizing annealing, kung saan ang proseso ng spheroidizing ay binubuo ng isang yugto ng mataas na temperatura sa 870°C sa loob ng 8 oras at isang yugto ng mababang temperatura sa 730°C sa loob ng 14 na oras. Sa Figure 1(a), kitang-kita ang matinding paghihiwalay ng carbide network at makabuluhang paghahalo ng butil. Ipinapakita ng Figure 1(b) ang masaganang dispersed carbide particles, na nagpapahiwatig na ang spheroidizing effect ay nakakatugon sa nilalayong layunin; gayunpaman, ang paghihiwalay ay nananatiling kitang-kita, kung saan ang ilang carbide ay bumubuo ng isang network-like distribution na binabawasan ang bisa ng spheroidization sa mga rehiyong iyon. Ang mga networked carbide ay nagdudulot ng malubhang panganib sa mold steel, dahil madali silang nagsisilbing pinagmumulan ng bitak habang ginagamit, na humahantong sa pagkabigo ng materyal. Samakatuwid, ang mga naturang carbide network ay dapat kontrolin sa loob ng mga katanggap-tanggap na limitasyon. Isinama sa pag-aaral na ito ang H13 steel batch na nagpapakita ng matinding carbide segregation sa high-temperature normalizing na sinusundan ng isothermal spheroidizing annealing upang masuri ang pagpapabuti sa microstructure nito sa ilalim ng mga kundisyong ito.

2 Mga Materyales at Paraan ng Eksperimento

Kumuha ng maliliit na sample mula sa mga modyul na nagpapakita ng matinding paghihiwalay para sa spectral analysis; ang kanilang mga kemikal na komposisyon ay ipinapakita sa Table 2. Ang kemikal na komposisyon ng H13 steel na ito ay sumusunod sa pamantayang GB/T 1299–2000 "Alloy Tool Steel." Ang mga modyul ay hinati sa tatlong grupo at isinailalim sa high-temperature normalizing sa 970 °C, na may mga oras ng paghawak na 5, 7, at 10 oras, ayon sa pagkakabanggit. Ang proseso ng heat treatment ay binubuo ng high-temperature normalizing (pinalamig sa hangin) na sinusundan ng isothermal spheroidizing annealing. Ang mga isothermal spheroidizing annealing parameter ay: high-temperature stage sa 870 °C sa loob ng 8 oras, at low-temperature stage sa 730 °C sa loob ng 14 na oras. Batay sa epekto ng high-temperature normalizing time sa microstructure ng mga modyul, isang bagong proseso ng heat treatment ang binuo.

Pagkatapos ng 5 oras na normalisasyon sa mataas na temperatura, ang antas ng segregasyon (tingnan ang Figure 2(a)) ay nagpakita ng makabuluhang pagbuti kumpara sa Figure 1, bagama't nanatili pa rin ang segregasyon. Nang pahabain ang oras ng paghawak ng normalisasyon sa 7 oras, halos naalis na ang segregasyon; gayunpaman, nanatiling medyo naiiba ang carbide network, kung saan ang mga pinong pangalawang carbide network ay ganap na natutunaw sa matrix habang nasa proseso ng austenitization, habang ang mga coarse carbide network ay nanatiling hindi natutunaw—nasa kategoryang hindi sumusunod ayon sa mga pamantayan ng North American Die Casting Association. Ang pagpapalawig ng oras ng paghawak sa 10 oras ay nag-alis ng karamihan sa mga carbide network, na iniiwan lamang ang mga coarse carbide network sa simula. Ang kasunod na spheroidizing annealing ay nagresulta sa isang mas pare-parehong spheroidized microstructure, na nagbigay sa materyal ng AS4 grade sa ilalim ng mga pamantayan ng North American Die Casting Association at nakakatugon sa pamantayan ng pagtanggap. Ipinapakita ng pagsusuri na ang high-temperature normalizing ay epektibong nag-aalis ng segregasyon at nagpapabuti sa morpolohiya at distribusyon ng mga carbide network. Habang tumataas ang oras ng paghawak, unti-unting natutunaw ang mga particle ng carbide, na humahantong sa progresibong pag-aalis ng segregasyon at mga carbide network, sa gayon ay makabuluhang nagpapahusay sa microstructure ng materyal.

Pagkatapos ng pagpapanday, ang bakal na H13 ay madaling mabuo ang magaspang na butil dahil sa labis na mataas na temperatura ng huling pagpapanday at mabagal na bilis ng paglamig. Bilang isang bakal na hypereutectoid, ang H13 ay nagpapakita ng mala-network na pangalawang carbide precipitation habang mabagal ang paglamig, at ang mataas na nilalaman ng haluang metal nito ay hindi maiiwasang humahantong sa paghihiwalay ng materyal. Upang mapabuti ang microstructure ng mga modyul na bakal na H13 pagkatapos ng pagpapanday, inirerekomenda ang high-temperature normalizing treatment upang makamit ang pare-parehong microstructure.

Upang maalis ang mga reticular carbide, ang workpiece ay dapat painitin sa temperaturang sapat upang matunaw ang mga pangalawang carbide. Gayunpaman, ang temperatura ng spheroidizing annealing (870 °C) ay hindi sapat upang makamit ang pagkatunaw na ito. Dahil dito, kung walang normalizing sa mataas na temperatura, ang carbide network ay nananatiling mahirap tanggalin, at ang segregasyon ay hindi mapapabuti, na nagreresulta sa hindi pagsunod sa mga pamantayan ng H13 module. Pagkatapos ng normalizing sa mataas na temperatura, ang mga pinong particle ng carbide ay ganap na natutunaw sa matrix, ang carbide network ay unti-unting pinipino hanggang sa mabali ito, at ang microstructure ay nagiging mas pare-pareho. Kasunod ng normalizing holding period, ang mabilis na paglamig ng hangin ay pumipigil sa pagbuo ng mga reticular secondary carbide. Kasunod nito, ang spheroidizing annealing ay nagtataguyod ng paglaki ng mga pare-parehong nakakalat na carbide mula sa matrix patungo sa mga spherical na istruktura, sa gayon ay pinapahusay ang annealed microstructure.

Sa buod, ang mabagal na paglamig pagkatapos ng pagpapanday ay humahantong sa mga magaspang na microstructure at pagbuo ng mga networked carbide, samantalang ang high-temperature normalizing ay nagpapabuti sa parehong networked carbide at paghihiwalay ng materyal. Samakatuwid, ang annealing microstructure ay maaaring ma-optimize sa pamamagitan ng dalawang pamamaraan: naaangkop na mabilis na paglamig pagkatapos ng pagpapanday, na sinusundan ng high-temperature normalizing at final spheroidizing annealing. Batay sa pagsusuri ng mga halimbawang ito, ang pinakamainam na proseso ay itinatag gaya ng ipinapakita sa Figure 3. Pagkatapos ng pagpapanday, ang materyal ay pinapalamig sa hangin at pinapanatili sa itaas ng Ms point sa loob ng isang panahon upang maiwasan ang martensitic transformation, na sinusundan ng high-temperature normalizing at isothermal spheroidizing annealing. Inilalarawan ng Figure 4 ang microstructure na nakuha sa ilalim ng bagong prosesong ito, na nagpapakita ng lubos na makabuluhang spheroidization na may spheroidization rate na higit sa 95% at laki ng butil na humigit-kumulang grade 7. Inuri bilang AS1 ayon sa mga pamantayan ng North American Die Casting Association, ang produkto ay nakatanggap ng positibong feedback mula sa mga customer.

4 Konklusyon

1) Ang mabagal na paglamig ng H13 steel pagkatapos ng pagpapanday ay humahantong sa pagbuo ng parang-network na carbide precipitation. Kung mas mabagal ang bilis ng paglamig, mas nagiging malinaw ang carbide network. Bagama't maaaring mapabuti ito ng kasunod na normalizing, ang ilang abnormal na microstructure ay nananatili sa matrix at mahirap alisin. Bukod pa rito, ang mabagal na paglamig ay nagreresulta sa abnormal na malalaking laki ng butil, na namamana at mahirap pinuhin sa ibang pagkakataon.

2) Ang normalizing sa mataas na temperatura ay nagpapabuti sa segregasyon at mga networked carbide na nasa post-forging microstructure ng H13 steel. Sa loob ng isang partikular na saklaw ng oras, ang pagbuti sa microstructure ay nagiging mas kapansin-pansin habang tumataas ang normalizing holding time.

3) Pagkatapos ng pagpapanday, ang bakal na H13 ay pinapalamig sa hangin nang higit sa temperaturang Ms at pagkatapos ay isinasailalim sa normalisasyon sa mataas na temperatura, na nagreresulta sa mas pantay at nakakalat na istrukturang spheroidized na may superior na epekto ng spheroidization.