4Cr5W2VSi模具钢的组织及力学性能

铬系热作模具钢在中温下具有较高的热强度、硬度、耐磨性、韧性和热疲劳性能，成为世界上应用最广泛的热作模具钢。热作模具在工作时承受着很大的冲击载荷，膜腔与高温金属接触后，局部温度可达500～700℃，同时还经受着反复的加热和冷却，模具工作表面容易产生热疲劳裂纹。另外炙热金属被强制变形时，与型腔表面摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。4Cr5W2VSi钢是一种铬系热作模具钢，具有空冷硬化的特点。目前，关于4Cr5W2VSi钢的研究比较少，因此，深入研究其组织特征和力学性能，对改善和提高4Cr5W2VSi钢的服役性能，拓展其应用领域具有重要意义。 本课题对4Cr5W2VSi模具钢的组织进行了比较深入的研究，通过分析退火态和调质态的组织特征，确定了带状组织的存在形式，物相组成，阐述了退火态和调质态组织特征对冲击性能的影响，以及组织和力学性能的各向异性，并对退火态4Cr5W2VSi钢与H13钢的拉伸性能进行了对比。 试验材料为经过反复拔长和镦粗锻造的4Cr5W2VSi钢，尺寸为120mm×120mm×200mm。通过荧光光谱检测其化学成分为（质量分数，%）：C0.32，Si1.2，Mn≤0.04，Cr4.82，W1.69，V0.62，P≤0.03，S≤0.03。试验材料分别为退火态和退火后调质处理态。退火采用860℃常规球化退火，保温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷；调质采用1030℃真空淬火，油淬，600℃回火两次，每次2h。在两种状态下，沿拔长方向（纵向）和垂直于拔长方向（横向）切取试样，进行组织分析、拉伸试验、冲击试验和硬度测试，研究其组织和力学性能。结果表明： （1）调质热处理不能消除4Cr5W2VSi钢的偏析，其退火态和调质态横向组织的枝晶偏析呈网状，纵向组织偏析呈带状，且由于合金元素偏聚，调质态偏析更为严重；4Cr5W2VSi钢的退火态组织为粒状珠光体+少量伪共晶碳化物，调质态组织为回火托氏体和沿晶界析出的网状碳化物。 （2）4Cr5W2VSi钢退火态屈服强度为378MPa，抗拉强度为890MPa，调质态屈服强度是退火态的1.35倍，抗拉强度是退火态的1.1倍。 （3）退火态4Cr5W2VSi钢的冲击性能存在各向异性，纵向冲击性能要高于横向；调质态冲击性能不存在各向异性，退火态的冲击性能明显高于调质态；其冲击断口均为脆性断口。 （4）4Cr5W2VSi钢中碳化物的存在形式为Fe6C、Fe7C3、Cr7C3、Cr23C6等，调质态硬度是退火态硬度的3倍左右，这是因为调质后发生相变，生成了脆性相托氏体以及合金元素偏聚引起的二次硬化。