H13钢是从美国引进的一个钢种,中国牌号4Cr5MoSiV1,执行标准GB/1299-2000,是工业上应用较为广泛的一种热作模具钢。[1]挤压轮是连续挤压成型(CONFORM,Continuous Extrusion Forming)机的重要模具,由于其在工作中同时承受交变的拉热应力及热应力的综合作用,所以对模具材料的抗疲劳性能和高温性能有较高要求,一般选择H13钢作为连续挤压成型机的挤压轮材料。但在实际生产过程中,挤压轮寿命不稳定,经常发生早期失效,严重的降低了生产效率,增加了生产成本。为解决挤压轮寿命不稳定,经常发生早期失效这一现象,首先要研究确定挤压轮的工况条件,然后从挤压轮失效分析入手,找出导致挤压轮失效的主要原因。围绕材料和工艺展开研究,试图制定符合挤压轮工况的组织标准,并进一步优化锻造和锻后热处理工艺方案,使其寿命稳定。(1)对早期失效的挤压轮,采用金相分析、硬度、冲击功、开裂面微观形貌扫描等实验手段,分析其早期失效的原因。实验证明,严重的带状偏析、大块尖角状的共晶碳化物呈链状分布,非金属夹杂物聚集,网状二次碳化物弱化晶界,这些缺陷均会成为裂纹源,造成挤压轮早期失效。(2)采用金相分析、硬度试验、冲击试验、断口扫描等实验手段,对五种不同的退火态材料及热处理后的五种回火态材料做组织性能分析,发现退火态中的带状偏析、网状或链状二次碳化物、共晶碳化物等缺陷,在经过热处理后无法消除,这些缺陷将会在热处理后遗传到回火组织中。(3)退火态中带状偏析程度可参照北美压铸协会给出的标准图,也可对照GB13299-1991中带状偏析图谱,其等级≤2级均可接受;共晶碳化物只要边界圆滑,不呈现链状分布,其尺寸在10um以下均可接受;网状二次碳化物按照GB1299-1985评定≤2级;球化质量参照GB1299-1985评定应在2~4级;退火态中铁素体尽可能为等轴晶,不应有明显的位向分布。(4)通过对比四种不同的锻造及锻后热处理工艺,并采用金相分析、硬度、冲击试验、断口扫描等手段,得出比较适合挤压轮的锻造及锻后热处理的工艺为:锻前1200℃高温均匀化,初锻温度1100℃~1150℃,终锻温度850℃~900℃,锻后超细化处理,球化时间足够长。