4Cr5W2VSi模具鋼的組織及力學性能

鉻系熱作模具鋼在中溫下具有較高的熱強度、硬度、耐磨性、韌性和熱疲勞性能，成為世界上應用最廣泛的熱作模具鋼。

熱作模具在工作時承受著很大的沖擊載荷，膜腔與高溫金屬接觸后，局部溫度可達500～700 ℃，同時還經受著反復的加熱和冷卻，模具工作表面容易產生熱疲勞裂紋。另外炙熱金屬被強制變形時，與型腔表面摩擦，模具極易磨損并且硬度降低。4Cr5W2VSi鋼是一種鉻系熱作模具鋼，具有空冷硬化的特點。目前，關于4Cr5W2VSi鋼的研究比較少，因此，深入研究其組織特征和力學性能，對改善和提高4Cr5W2VSi鋼的服役性能，拓展其應用領域具有重要意義。

本課題對4Cr5W2VSi模具鋼的組織進行了比較深入的研究，通過分析退火態和調質態的組織特征，確定了帶狀組織的存在形式，物相組成，闡述了退火態和調質態組織特征對沖擊性能的影響，以及組織和力學性能的各向異性，并對退火態4Cr5W2VSi鋼與H13鋼的拉伸性能進行了對比。

試驗材料為經過反復拔長和鐓粗鍛造的4Cr5W2VSi鋼，尺寸為120 mm×120 mm×200 mm。通過熒光光譜檢測其化學成分為（質量分數，%）：C0.32，Si1.2，Mn≤0.04，Cr4.82，W1.69，V0.62，P≤0.03，S≤0.03。試驗材料分別為退火態和退火后調質處理態。退火采用860 ℃常規球化退火，保溫4 h，爐冷至500 ℃以下出爐空冷；調質采用1030 ℃真空淬火，油淬，600 ℃回火兩次，每次2 h。在兩種狀態下，沿拔長方向（縱向）和垂直于拔長方向（橫向）切取試樣，進行組織分析、拉伸試驗、沖擊試驗和硬度測試，研究其組織和力學性能。結果表明：

1) 調質熱處理不能消除4Cr5W2VSi鋼的偏析，其退火態和調質態橫向組織的枝晶偏析呈網狀，縱向組織偏析呈帶狀，且由于合金元素偏聚，調質態偏析更為嚴重；4Cr5W2VSi鋼的退火態組織為粒狀珠光體+少量偽共晶碳化物，調質態組織為回火托氏體和沿晶界析出的網狀碳化物。

2) 4Cr5W2VSi鋼退火態屈服強度為378 MPa，抗拉強度為890 MPa，調質態屈服強度是退火態的1.35倍，抗拉強度是退火態的1.1倍。

3) 退火態4Cr5W2VSi鋼的沖擊性能存在各向異性，縱向沖擊性能要高于橫向；調質態沖擊性能不存在各向異性，退火態的沖擊性能明顯高于調質態；其沖擊斷口均為脆性斷口。

4) 4Cr5W2VSi鋼中碳化物的存在形式為Fe6C、Fe7C3、Cr7C3、Cr23C6等，調質態硬度是退火態硬度的3倍左右，這是因為調質后發生相變，生成了脆性相托氏體以及合金元素偏聚引起的二次硬化。