电渣重熔H13钢中一次碳化物形成机制
锻造网
2025-08-22 14:38:01
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H13（4Cr5MoSiV1）热作模具钢广泛应用在热锻模、压铸模、热挤压模等方面，是使用最广泛的热作模具钢种。碳化物对于热作模具钢的硬度、红硬性、耐磨性、疲劳寿命等有着重要的影响。H13热作模具钢合金含量较高，在电渣重熔过程中会在凝固末端形成粗大的共晶碳化物及氮化物，由于生成温度高，热稳定性好，在锻造和热处理过程中难以去除，会保留到回火状态，显著降低钢的强度、韧性以及疲劳性能，如何细化或减少这些粗大碳化物，成为研究的重点。
研究人员从热力学角度对电渣重熔H13热作模具钢中一次碳化物、氮化物的生成进行了分析，结论如下：
（1）在电渣重熔生产H13热作模具钢过程中，由于元素偏析，残余液相中元素含量逐渐升高，固相率达到0.82时生成TiN，在接近凝固终点时生成VC0.88，最终长大形成粗大的氮化物和碳化物，受到热处理温度的限制，会保留到最终产品中，对钢的性能产生不利影响。通过提高冷速减少偏析可以达到细化碳化物的目的；
（2）尽管在凝固末端时V和C元素在残余液相中的偏析含量已经很高，但是假设VC0.88活度为1时并不能生成碳化物。由于碳化物中固溶较高含量的Cr、Mo、Fe等元素，当假设碳化物活度为0.3时，理论计算与试验结果吻合，因此固溶多种合金元素的碳化物的活度不能假设为1。而TiN中其他合金元素含量很少，其活度可以认为是1；
（3）凝固过程中形成的共晶碳化物，以及在不同冷速下元素含量和相变温度均会发生变化，影响碳化物的生成温度。
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