h13钢的超塑性能研究

h13钢的超塑性能研究

材料在特定的内部和外部条件下表现出的高度异常的塑性现象称为超塑料。金属在超塑性状态下具有极好的成形性和极小的流动应力,同时又克服了机加工和电加工所造成的材料纤维不连续、模具型腔存在白亮层的缺点,所以超塑成形技术在形状复杂的模具型腔的批量加工领域具有很好的发展前景。H13钢是当前我国模具行业普遍看好的新钢种,近几年得到了很好的推广。这也是我们研究开发这一超塑性模具材料的原因。1试验条件和方法1.1试验用钢试验所用的H13钢直接取自工业用Ø20mm热轧退火圆钢,原始组织为细粒状珠光体和少量未溶碳化物。其化学成分及临界点见表1。1.21.3钢的超弹性拉伸试验(1)样品和预处理方法超塑拉伸试样及尺寸见图1,按图2的规范进行盐浴循环淬火处理。(2)夹头速度的确定超塑性拉伸试验装置为自行改装的WJ-10A型机械万能材料试验机,夹头速度在0.05～2.4mm/min内连续可调。加热炉为自制管式电阻炉,功率为3kW,配用DWT-702控温设备分三区控温,均温区长度为250mm,三区温差≤±2℃。(3)润滑复合润滑试验选用CR-26玻璃保护润滑剂。该润滑剂在600～800℃范围内可在试样表面形成一层均匀的玻璃质覆盖层,具有良好的润滑性能和抗氧化脱碳性能。(4)测试方法在经过预处理的试样表面刷涂保护润滑剂,将试样加热到规定温度,保温20min后进行拉伸。记录P-ΔL变化曲线。2影响应变速率敏感性指数m的因素影响超塑性能的因素很多,其中主要的有晶粒度、变形温度、变形速度等。这些因素大都直接影响到应变速率敏感性指数m的大小。因此,变形前的预处理及适当的变形参数的选择显得尤为重要。2.1晶粒尺寸对变形的影响要获得恒温超塑性,要求显微组织是稳定的、等轴的、复相的极细晶粒。晶粒直径一般在0.5～5μm左右。通常,晶粒直径大于10μm就难于实现超塑性。晶粒的长大会使晶界面积减小,晶间滑移的趋势下降,导致材料的超塑性降低;而减小晶粒尺寸(在一定范围内),一般会产生下面几种影响:(1)使流变应力下降;(2)超塑性变形区变宽,且向应变速率增大的方向移动;(3)应变速率敏感性指数m的峰值增加,且与此峰值对应的应变速率向高应变速率方向移动。由于H13钢中含有较多的Cr、Mo、V等碳化物形成元素,因此组织中有大量的高硬度、低塑性的碳化物。这些碳化物的存在,在变形中增大了不同组成相间变形的不协调性;另一方面,碳化物形状的不规则,分布的不均匀,容易引起应力集中,从而导致变形孔洞的产生及发展。所以,预处理的质量对超塑性能影响很大。本文对采用的H13钢盐浴循环淬火的晶粒细化方法,经电镜观察表明,可以得到晶粒度为13级的等轴微细晶粒,碳化物颗粒细小,分布均匀。2.2s13钢的超塑性拉伸性能H13钢在附近即780～880℃温度区间内的超塑性拉伸试验结果如图3。由图3可见,H13钢在820～860℃范围内具有较好的超塑性拉伸性能;在840℃得到最高δ值185%,相应的σ值为31MPa。因此可以确定:H13钢在1.6×10-4/s的应变速率下,在840℃左右具有最佳超塑性能。2.3超塑性拉伸试验结果对H13钢在840℃变形温度下,应变速率在(0.8～4.0)×10-4/s的范围内,进行超塑性拉伸,结果如图4所示。由图4的结果表明,在840℃,在(0.8～0.4)×10-4/s的应变速率范围内,H13钢具有良好的超塑性能,其相应的δ普遍高于100%。其中应变速率在1.6×10-4/s时,获得最高延伸率δmax=185%。2.4应力应变曲线m值的测定方法较多,其中等速度拉伸法是一种简便而有效的方法。其特点是机床的拉伸夹头位移速度V不变。图5是H13钢在840℃,V=0.24mm/min下的应力应变曲线。在恒速度拉伸条件下,m=-d(lnσ)/dε。将应力应变曲线变化较稳定的一段换算成lnσ-1～ε曲线,该曲线的斜率即为m值。lnσ-1～ε曲线如图6所示。取应变值ε在30%～50%之间的曲线的平均斜率作为m值得:m=0.26。3温度和流变速率对应力的影响通过试验研究表明:H13钢经1000℃三次循环淬火后,晶粒度可达13级;在温度为840℃