贝博ballapp·4Cr13模具钢在高镜面塑料模具中的应用案例

　　随着汽车和家电业的迅猛发展，对高镜面塑料制品的需求不断增加，使得4Cr13马氏体不锈钢这一典型的耐蚀镜面塑料模具钢备受瞩目。由于该类模具钢中合金元素铬含量较高，需要进行球化退火以消除残余应力、降低硬度，并改善碳化物分布。球化后的碳化物颗粒形态和尺寸分布均匀性是评估这类模具钢性能的重要指标，同时球化退火处理也为后续热处理奠定了组织基础，从而影响了钢材的使用性能。

　　现有研究指出，当过共析钢加热到A₁（珠光体向奥氏体转变的开始温度）～Aₘ（二次渗碳体完全溶入奥氏体的终了温度）间某一温度时，碳化物不能完全溶解，而会以颗粒的形式分布在奥氏体基体上。当温度降低到A₁以下某一温度时，碳化物会成为形核核心并逐渐长大，完成球化过程，这一过程被称为离散共析。该过程可实现过共析钢的快速球化退火，提高生产效率，降低成本。研究还表明，球化前的初始组织对退火组织有着显著的影响。在珠光体球化过程中，由于驱动力的不同，合金元素与碳元素呈现出3种扩散方式。在这方面，当驱动力较小时，合金元素和碳元素需要在铁素体和奥氏体之间重新分配，铁素体由于合金元素的分配速率较慢而缓慢生长，这一扩散模型被称为分配局部平衡（PLE）模型。

　　然而，对于4Cr13塑料模具钢的球化退火工艺研究较为有限，目前模具企业应用的退火工艺存在波动较大，球化组织控制能力不足，导致模具质量的稳定性难以达到产品要求。因此，为了优化4Cr13模具钢的组织控制技术，本研究利用膨胀差分仪对4Cr13塑料模具钢的过冷奥氏体等温转变曲线（TTT）进行了测试，并研究了该钢的等温相变规律。同时，通过分析经过不同工艺固溶和球化退火处理后钢的组织和硬度，本研究旨在获得最优的工艺参数，为4Cr13模具钢的优化组织控制技术提供有益参考。试验中将试验钢加工成尺寸为12 mm×12 mm×12 mm的试样，进行了固溶和球化退火预处理工艺。其中，固溶处理温度θ₁分别为1010、1050、1070、1090℃，保温时间t₁分别为2、3 h。固溶结束后使用淬火油进行淬火。根据离散共析原理及相关研究结果，球化退火工艺包括奥氏体化和等温球化两个阶段。对于过共析钢，奥氏体化温度为Aₐ～Aₘ间某一温度，而4Cr13模具钢中二次碳化物不是渗碳体，不存在明确的A₍ₘ）。结合Jmatpro软件计算结果，铁素体、M₂₃C型碳化物、M₇C₃型碳化物完全溶入奥氏体的温度分别为856、1067、1096℃。因此，初步确定奥氏体化工艺为905℃保温2h。将奥氏体化的试验钢炉冷至珠光体转变温度区间进行等温球化处理，等温球化温度θ₂分别为700、725、750、770℃，保温时间t₂分别为5、8 h，然后炉冷至350℃空冷。采用HB-3000型布氏硬度计进行硬度测试，载荷为1839 N，保载时间为10 s，每个试样测5次取平均值。对试样进行磨抛，用体积分数为5%硝酸乙醇溶液腐蚀后，采用MA 100型光学显微镜（OM）和Zeiss Supra 40型扫描电子显微镜（SEM）观察显微组织。随机选择了10张5000倍SEM照片，采用Image—Pro Plus 6.0图像处理软件对碳化物的直径分布进行统计。采用SEM附带的能谱仪（EDS）进行微区成分分析。

　　经过1010℃固溶处理后，试验钢组织中存在大量尺寸为1～3μm的不规则球状碳化物，局部呈链状分布。经过1050℃×3 h固溶处理后，碳化物占比明显降低且分布更为弥散。当固溶温度升高至1070～1090℃后，碳化物基本溶解，马氏体板条束明显粗化。最优的固溶工艺为1050℃保温3h。

　　经过1050℃×3 h固溶处理、905℃×2 h奥氏体化2h以及不同温度和时间的等温球化处理后，随着等温球化温度的升高，链状碳化物数量先减少后增多。保温时间越长，球状碳化物的分布越均匀。在750℃保温8h的等温球化工艺下，试验钢的组织均匀弥散，链状碳化物最少，碳化物直径小于0.5μm的占比约为78.92%，相较于锻态试验钢增加了约28.55%。

　　试验钢的硬度随着等温球化温度的升高先降低后升高，经过1050℃固溶3h+905℃奥氏体化2 h+750℃退火8h工艺下，试验钢的组织弥散程度最佳，球化效果最好，硬度最低，约为192 HBW。