解析工具钢锻扎材退火软化机理

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1、解析工具钢锻扎材退火软化机理　　【摘要】本文主要从障碍物的角度出发，简单的探讨了溶质原子和碳化物的分布、形态和数量对锻轧材硬度的影响，并分析了相界面积和减少晶界对硬度降低的作用，再以一些实例分析了退火工艺，论述了工具钢锻轧材退火软化机理。【关键词】障碍物工具钢锻轧材退火工艺软化机理目前我国生产了很多的美国、德国工具钢，如S5、S7、A6、H13等，在锻轧后这些钢材的硬度有严格的要求，需要进行退火软化方便后续加工。因为存在退火工艺参数不科学合理的情况，往往使得锻轧材的硬度分布不均匀和硬度偏高，从而直接影响使用，所以研究工具钢轧材的退火工艺和退火软化机理具有重要的意义。通

2、过实践证明，将新的软化机理指导软化工艺的应用取得良好的效果。一、退火钢硬度要素的分析5工具钢在退火后的主要组织由铁素体、碳化物和其他一些要素构成，在整个系统中，铁素体和碳化物可以看成是两个子系统，这两个子系统又由一些必要的元素构成，如铁素体是由各类晶粒、晶界和亚晶界等构成，碳化物由Fe3C、Fe3W3C、TiC、VC等构成，各相也具有不同的晶体结构，各晶体结构又由不同的元素原子构成。从上可以看出退火工具钢不是混合物组织系统，而是一个个子系统组合的整体系统，其硬度和组织系统中各要素的结合、分配和综合作用有关。硬度是材料抵抗变形和破裂的能力，是材料抵抗外力因素的综合反映，

3、变形是由于在外力的影响下引起的位错运动，位错运动也存在各类的障碍物，减少这类的障碍物或者击碎这些障碍物能有效的使钢软化。不同元素和不同结构分布的钢其退火硬度要素是有所差异的，比如H13钢的退火硬度主要由Cr、V、Mo碳化物粒子的分布、数量和基体状态决定的，如退火碳素工具钢主要是由渗碳体和铁素体构成，它的硬度就主要受到渗碳体形态和铁素体晶粒度的影响。二、实现和促进软化的几种有效途径（1）减少一维障碍物强化作用可以实现软化。位错是钢软化和强化中最为关键的因素，金属流变应力σf随着位错密度增加而增加，满足以下的关系式：σf=σ0+k，其中σ0和k代表的是有关常数。例如在冷变

4、形钢或淬火马氏体中位错的密度可以达到1012cm-2，但是经过了退火处理后铁素体中位错密度很明显的下降，大概为106cm-2，所以退火后的铁素体硬度得到了有效的降低，大概为80HB。当然不同元素和不同状态下的钢退火后位错密度是有差异的，但是退火降低基体的硬度都能使整体钢硬度软化提供前提基础。5（2）减少二维障碍物可以促进软化。从以往的研究结果来看，钢中的晶粒越细，相界和晶界面积越大，那么存在二维障碍物越多，阻碍位错运动的力度越大，则强度也就越高。根据Hall-petch公式：σ=σ0+kd—，从中我们可以看出粗化铁素体的基体晶粒，将细晶粒转化成粗晶粒或者是粗化碳化物，

5、使钢中的块状或片状的碳化物球化或粒状化，从而减少渗碳体、铁素体和碳化物的相界面积，进而使钢材软化。比如碳素钢细片状珠光体的硬度达到了300HB，但是粗片的珠光体硬度只有200HB不到。（3）减少零维障碍物固溶强化作用可以实现软化。在退火状态中铁素体一般都不含有碳，但是会存在Si、Mo、Cr、Mn、W等合金元素，这些合金元素会融入到铁素体中，从而形成固溶体，这类的固溶体极有可能改变基体的结构和键合力，进而造成P-N力变化和点阵畸变，使得硬度提高。如果减少其中的零维障碍物，可以有效的降低位错运动的阻碍效果，则就可以实现软化的目的。如耐冲击硅工具钢S5，它的含硅量大概为1.

6、75%～2.25%，要求锻轧后退火硬度不得超过229HB，目前我国很多的冶金工厂和企业在进行大批量生产时根本无法达到这个要求。如果在电炉冶炼时，将Si-Fe合金料的加入量进行控制，比如也冶炼时少加入约0.3%的Si，就可以将钢材在软化退火中创造有利的条件来实现硬度的降低，不仅如此，该方法还可以由于减少了铁合金加入量实现了降低成本的目的。5（4）降低三维障碍物强化作用来实现软化。作为阻碍位错运动的三维障碍物，即第二相质点，当其数量越多和弥散度越高，则强化的作用也越明显。和二维障碍物有相同的地方是当钢中的碳化物的量一定时，将碳化物转变成球状或者粒状并进行粗化可以实现降低位

7、错运动阻碍的作用，从而实现软化的目的。我们知道碳化物本身的硬度很高，它和铁素体相界面是非共格形式，使得位错无法将其变形，所以通常只能绕过质点，这里碳化物粒子越细小越弥散，那么硬化的效果越明显。例如H13钢，将其加热到高温860℃，然后保持温度2个小时，再分别以15、30、40和50℃/h的速度冷却到540℃，最后取出空冷，通过对其进行金相观察，得到结果如下表：从上表可以看出，缓冷时冷却的速度越慢，碳化物弥散度越低，反之冷却速度越快，弥散度越高，也可以看出碳化物的直接越大，弥散度越低，硬度越低。5通过研究发现在临界点A1稍上进行加热，稍下进行等温，可以