Análisis de composición química de 4Cr5MoSiV1
El acero 4Cr5MoSiV1 es acero C-Cr-Mo-Si-V, que se usa ampliamente en el mundo. Al mismo tiempo, muchos académicos de varios países han realizado extensas investigaciones sobre él y están explorando mejoras. su composición química. La amplia gama de aplicaciones y excelentes propiedades del acero están determinadas principalmente por su composición química. Por supuesto, se deben reducir los elementos impuros en el acero. Algunos datos muestran que cuando Rm es 1550 MPa, el contenido de azufre del material se reduce del 0,005 % al 0,003 %, lo que aumentará la tenacidad al impacto en aproximadamente 13 J. La norma NADCA 207-2003 estipula que el contenido de azufre del acero premium H13 debe ser inferior al 0,005%, mientras que el contenido de azufre del acero superior debe ser inferior al 0,003% S y al 0,015% P. A continuación se analiza la composición del acero 4Cr5MoSiV1. Carbono: El contenido de carbono del acero 4Cr5MoSiV1 en American AISI H13, UNS T20813, ASTM (última versión) y FED QQ-T-570 se especifica como (0,32~0,45)%, que es el rango de contenido de carbono más alto entre todos los aceros 4Cr5MoSiV1. ancho. El contenido de carbono del X40CrMoV5-1 y 1.2344 alemán es (0,37~0,43)%, y el rango de contenido de carbono es estrecho. El contenido de carbono del X38CrMoV5-1 en el DIN17350 alemán es (0,36~0,42)%. El contenido de carbono del SKD 61 japonés es (0,32 ~ 0,42)%. El contenido de carbono de 4Cr5MoSiV1 y SM 4Cr5MoSiV1 en GB/T 1299 e YB/T 094 de mi país es (0,32~0,42)% y (0,32~0,45)%, que son los mismos que SKD61 y AISI H13 respectivamente. Cabe señalar en particular que el contenido de carbono del acero H13 se especifica como (0,37~0,42)% en las normas NADCA 207-90, 207-97 y 207-2003 de la Asociación Norteamericana de Fundición a Presión.
El contenido de carbono en el acero determina la dureza de la matriz del acero templado. Según la curva de relación entre el contenido de carbono en el acero y la dureza del acero templado, podemos saber que la dureza de temple del acero. El acero H13 tiene alrededor de 55 HRC. Para el acero para herramientas, parte del carbono del acero ingresa a la matriz del acero para provocar el fortalecimiento de la solución sólida. Otra parte del carbono se combinará con elementos formadores de carburo en los elementos de aleación para formar carburos de aleación. Para el acero para matrices para trabajo en caliente, además de una pequeña cantidad de carburos de aleación residuales, también es necesario dispersarse y precipitar en la matriz de martensita enfriada durante el proceso de revenido para producir un fenómeno de doble endurecimiento. Por lo tanto, las propiedades del acero para matrices para trabajo en caliente están determinadas por la distribución uniforme de los compuestos de carbono de la aleación residual y la estructura de la martensita templada. Se puede observar que el contenido de C en el acero no puede ser demasiado bajo.
El acero 4Cr5MoSiV1 que contiene un 5% de Cr debe tener una alta tenacidad, por lo que su contenido de C debe mantenerse a un nivel que forme una pequeña cantidad de compuestos de aleación de C. Woodyatt y Krauss señalaron que en el diagrama de fases ternario Fe-Cr-C a 870°C, la posición del acero H13 es mejor en la unión de las regiones trifásicas austenita A y (A+M3C+M7C3). El contenido de C correspondiente es de aproximadamente 0,4%. La figura también muestra aceros A2 y D2 con mayor resistencia al desgaste al aumentar la cantidad de C o Cr para aumentar la cantidad de M7C3 a modo de comparación. También es importante mantener el contenido de C relativamente bajo para que el punto Ms del acero esté a un nivel de temperatura relativamente alto (la información general sobre Ms del acero H13 es de aproximadamente 340°C), de modo que cuando el acero se enfríe a temperatura ambiente temperatura Se obtiene una estructura compuesta de aleación C compuesta principalmente de martensita con una pequeña cantidad de A residual y residuos distribuidos uniformemente, y se obtiene una estructura de martensita templada uniforme después del revenido. Evite provocar que la austenita residual excesiva se transforme a la temperatura de trabajo y afecte el rendimiento del trabajo o la deformación de la pieza de trabajo. Estas pequeñas cantidades de austenita retenida deberían transformarse completamente durante los dos o tres procesos de revenido posteriores al templado. Por cierto, aquí se señala que la estructura de martensita obtenida después de templar el acero H13 es listón M + una pequeña cantidad de escamas M + una pequeña cantidad de A residual. Los estudiosos nacionales también han realizado algunos trabajos sobre los carburos de aleación muy finos que precipitan en la M en forma de listón después del templado.
Como todos sabemos, aumentar el contenido de carbono en el acero aumentará la resistencia del acero. Para el acero troquelado para trabajos en caliente, aumentará la resistencia a altas temperaturas, la dureza en caliente y la resistencia al desgaste, pero lo hará. también conduce a una disminución de su dureza. Los académicos demostraron claramente este punto al comparar el desempeño de varios tipos de acero en forma de H en la literatura de manuales de productos de acero para herramientas. En general, se cree que el límite de contenido de carbono que hace que disminuya la plasticidad y la tenacidad del acero es del 0,4%.
Por esta razón, se requiere que las personas sigan los siguientes principios al diseñar aleaciones de acero: el contenido de carbono del acero debe reducirse tanto como sea posible manteniendo la resistencia. Algunos datos han propuesto que cuando la resistencia a la tracción del acero alcanza más de 1550 MPa, la resistencia a la tracción del acero debe reducirse tanto como sea posible. El contenido de C debe ser del 0,3 % al 0,4 %. La resistencia Rm del acero H13 es 1503,1 MPa (a 46 HRC) y 1937,5 MPa (a 51 HRC).
El contenido de C en aceros como TQ-1, Dievar y ADC3 recomendados por las empresas FORD y GM es del 0,39% y del 0,38%. Los indicadores de tenacidad correspondientes se enumeran en la Tabla 1. La razón se puede ver en la Tabla 1. este.
Para aceros para troqueles para trabajo en caliente que requieren mayor resistencia, el método utilizado es aumentar el contenido de Mo o aumentar el contenido de carbono en función de la composición del acero H13. Por supuesto, la tenacidad se discutirá más adelante. Es de esperar una ligera disminución de la plasticidad.
2.2 Cromo: El cromo es el elemento de aleación más comúnmente contenido y económico en el acero aleado para herramientas. En los Estados Unidos, el contenido de Cr en el acero para matrices para trabajo en caliente tipo H oscila entre el 2% y el 12%. Entre los 37 grados de acero de aleación para herramientas de mi país (GB/T1299), todos excepto 8CrSi y 9Mn2V contienen Cr. El cromo tiene un impacto beneficioso sobre la resistencia al desgaste, la resistencia a altas temperaturas, la dureza en caliente, la tenacidad y la templabilidad del acero. Al mismo tiempo, su disolución en la matriz mejorará significativamente la resistencia a la corrosión del acero H13 que contiene Cr y Si. La película de óxido es densa para mejorar la resistencia a la oxidación del acero. Además, según el análisis del efecto del Cr sobre el rendimiento de revenido del acero 0,3C-1Mn, agregar <6% de Cr es beneficioso para mejorar la resistencia al revenido del acero, pero no constituye un endurecimiento secundario cuando el acero lo contiene; Cr >6% se apaga. Después del templado a 550 ℃, se producirá un efecto de endurecimiento secundario. La gente generalmente elige un 5% de cromo para el acero para moldes de acero para trabajos en caliente.
Parte del cromo en el acero para herramientas se disuelve en el acero para desempeñar un papel de fortalecimiento de la solución sólida, y la otra parte se combina con carbono y existe en forma de (FeCr)3C, (FeCr)7C3 y M23C6 según el contenido de cromo, para afectar así las propiedades del acero. Además, también se debe considerar el efecto de interacción de los elementos de aleación, por ejemplo, cuando el acero contiene cromo, molibdeno y vanadio, trabajos posteriores sobre Cr>3% propusieron que la templabilidad básica está determinada por el contenido de C y austenita. El tamaño de grano Di del acero aleado se puede calcular utilizando el factor de templabilidad determinado por el factor de templabilidad Dic y el contenido del elemento de aleación (que se muestra en la Figura 3). También se puede aproximar a partir de la siguiente fórmula:
Di=Dic× 2,21Mn×1,40Si×2,13Cr×3,275Mo×1,47Ni (1)
(1) Cada elemento de aleación en la fórmula se expresa en porcentaje de masa. A partir de esta fórmula, la gente tiene una comprensión semicuantitativa bastante clara de los efectos de los elementos Cr, Mn, Mo, Si y Ni sobre la templabilidad del acero.
La influencia del Cr en el punto de precipitación del acero es aproximadamente similar a la del Mn. Cuando el contenido de cromo es aproximadamente del 5%, el contenido de C del punto de precipitación cae a aproximadamente el 0,5%. Además, la adición de Si, W, Mo, V y Ti puede reducir significativamente el contenido de C en el punto de precipitación. Por esta razón, se puede saber que tanto el acero para matrices para trabajo en caliente como el acero rápido son aceros analitos. La reducción del contenido de C en el análisis aumentará el contenido de carburo de aleación en la estructura después de la austenitización y en la estructura final.
El comportamiento de los compuestos de aleación C en el acero está relacionado con su propia estabilidad. De hecho, la estructura y la estabilidad de los compuestos de aleación C están relacionadas con los electrones de la capa de electrones d y la capa de electrones S de la correspondiente. C elementos que forman compuestos. Está relacionado con el grado de deficiencia [17]. A medida que disminuye el grado de deficiencia de electrones, el radio atómico del metal disminuye, la relación de radio atómico rc/rm del carbono y los elementos metálicos aumenta, el compuesto de aleación C cambia de una fase intersticial a un compuesto intersticial, la estabilidad del compuesto C se debilita y su correspondiente temperatura de fusión y A medida que disminuye la temperatura de disolución en A, disminuye el valor absoluto de su energía libre de formación y disminuye el valor de dureza correspondiente. El carburo de VC con red cúbica centrada en las caras tiene una alta estabilidad. Comienza a disolverse entre 900 y 950 ℃ y comienza a disolverse en grandes cantidades por encima de 1100 ℃ (la temperatura final de disolución es 1413 ℃) [17]; a 500 ~ 700 ℃ Precipita durante el proceso de templado y no es fácil de agregar ni crecer, y puede usarse como fase de fortalecimiento en acero. Los carburos M2C y MC formados por los elementos formadores de carburo medio W y Mo tienen una red hexagonal simple y compacta. Son menos estables y tienen mayor dureza, punto de fusión y temperatura de disolución. Todavía se pueden utilizar como fase reforzada de 500°. de acero se utiliza en el rango de 650°C.
M23C6 (como Cr23C6, etc.) tiene una red cúbica compleja, peor estabilidad, fuerza de unión más débil, punto de fusión y temperatura de disolución más bajos (disuelto en A a 1090 °C) y solo se encuentra en unos pocos aceros resistentes al calor después de aleación completa Solo con mayor estabilidad (como (CrFeMoW) 23C6, se puede utilizar como fase de refuerzo. M7C3 con estructura hexagonal compleja (como Cr7C3, Fe4Cr3C3 o Fe2Cr5C3) tiene peor estabilidad. Es tan fácil de disolver y precipitar como los carburos de Fe3C. , tiene una gran tasa de agregación y crecimiento y, en general, no se puede utilizar como fase de refuerzo a alta temperatura [17]
Todavía podemos entender fácilmente la fase de aleación de carburo en el acero H13 a partir del Fe-Cr-. Diagrama de fases ternario C Según el diagrama de fases de la sección isotérmica ternaria del sistema Fe-Cr-C a 700 ℃ [18 ~ 20] y 870 ℃ [9], en acero que contiene 0,4% C, (FeCr) 3C (. M3C) aparecerá a medida que aumenta la cantidad de Cr y carburos de aleación tipo (CrFe)7C3 (M7C3). Tenga en cuenta que en el gráfico de 870 °C, M23C6 aparecerá solo si el contenido de Cr es superior al 11 %. Además, según la sección vertical del sistema ternario Fe-Cr-C al 5% Cr, el acero que contiene 0,40% C en estado recocido es fase α (aproximadamente 1% Cr en solución sólida) y aleación (CrFe) 7C3. carburos. Cuando se calienta por encima de 791 °C, se forma austenita A y entra en la región trifásica (α+A+M7C3). Entra en la región bifásica (A+M7C3) a aproximadamente 795 °C. (CrFe)7C3 desaparece. Entra en zona A monofásica. Cuando la matriz contiene C < 0,33%, la región trifásica (M7C3 + M23C6 y A) solo existe alrededor de 793°C, ingresa a la región (A + M7C3) a 796°C (a 0,30%C), y luego permanece hasta que el líquido mutuamente. El M7C3 restante en el acero evita el crecimiento de granos A. Nilson propuso que para aleaciones con una composición de 1,5% C-13% Cr, no se forma 23C6 menos estable (CrFe) [20]. Por supuesto, habrá algunas desviaciones en el análisis del sistema ternario Fe-Cr-C solo, y se debe considerar la influencia de la adición de elementos de aleación.
Temperatura de templado 4Cr5MoSiV1/℃ Temperatura ambiente 540 σ-1 /ΜPa 730 510 σ-1k 670 370 Tabla 3-1-1 Especificaciones de templado recomendadas para acero 4Cr5MoSiV1 Propósito del templado Temperatura de templado/℃ Equipo de calefacción Dureza de templado de enfriamiento (HRC) para eliminar la tensión y reducir la dureza 560~580 Baño de sal fundida o aire del horno 47~49 ① Generalmente se utilizan dos templados, y la segunda temperatura de templado debe ser 20°C menor que la primera vez.
Tabla 3-1-2 Especificaciones de tratamiento superficial recomendadas para acero 4Cr5MoSiV1 Temperatura de proceso/°C Tiempo/h Profundidad de la capa de difusión dieléctrica/mm Microdureza (HV) Cianuración
Cianuración
Nitrurado 560
580
530～550 2
8
12～20 50%KCN +50%NCN
Gas natural + amoníaco
Amoníaco, α=30%～60% 0,04
0,25～0,30
0,15～ 0,20 690～ 640
860～635
760～550