對(duì)GMH20、PH25、DIEVAR 和H13 熱作模具鋼進(jìn)行了力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性試驗(yàn)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)相同工藝真空熱處理處理后，GMH20 鋼、PH25 鋼和DIEVAR 鋼的塑性明顯優(yōu)于H13 鋼，硬度也比H13 鋼高；綜合來(lái)看，GMH20 和DIEVAR 鋼的力學(xué)性能最佳。此外，隨著在610 ℃保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，這4 種鋼的硬度越來(lái)越接近，約為35 HRC。
H13 鋼是國(guó)內(nèi)使用非常廣泛的熱作模具鋼。目前，低Si 高M(jìn)o 的合金化途徑是改進(jìn)型H13 鋼的一種發(fā)展趨勢(shì)。降低Si 的優(yōu)點(diǎn)是：(1) 減輕∧形或∨形偏析；(2) 使宏觀組織均勻化；(3) 細(xì)化微觀凝固組織的樹枝晶；(4) 減少凝固時(shí)凝固界面上的成分過(guò)冷；(5) 減少共晶碳化物；(6) 細(xì)化奧氏體結(jié)晶;(7) 提高塑性和韌度；(8) 減小高溫疲勞裂紋擴(kuò)展速度；(9) 減小蠕變裂紋擴(kuò)展速度；(10) 抑制淬火冷卻時(shí)的貝氏體轉(zhuǎn)變；(11) 提高抗熱裂性。提高M(jìn)o 的優(yōu)點(diǎn)是：(1) 提高淬透性，抑制晶界碳化物的析出和貝氏體轉(zhuǎn)變；(2) 提高回火抗力；(3) 提高高溫強(qiáng)度和高溫蠕變強(qiáng)度；(4) 提高抗熱裂能力；(5) 提高韌性；(6) 共晶碳化物細(xì)化和碳化物分布均勻。在研究熱作模具鋼的高溫性能時(shí)，許多學(xué)者利用熱穩(wěn)定性試驗(yàn)來(lái)表征材料保持組織穩(wěn)定的能力和在高溫下工作時(shí)硬度、強(qiáng)度等力學(xué)性能的變化。
DIEVAR 鋼、GMH20 鋼和PH25 鋼就屬于低Si 高M(jìn)o 改進(jìn)型H13 鋼，現(xiàn)將3 種鋼與H13 鋼一起進(jìn)行熱處理，采用相同的熱處理工藝，比較4 種鋼材的硬度、力學(xué)性能、沖擊韌度和熱穩(wěn)定性。
試驗(yàn)材料及方法
1.試驗(yàn)材料的成分
試驗(yàn)材料為GMH20 鋼、PH25 鋼、DIEVAR 鋼和H13 鋼，4種材料分別加工成拉伸、沖擊和熱穩(wěn)定性硬度試樣，試驗(yàn)材料的化學(xué)成分如表1 所示。
2.試驗(yàn)方法
常溫沖擊采用V 型缺口矩形試樣，沖擊試樣為10 mm × 10 mm × 55 mm，按照GB/T 229-2007《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》測(cè)定，沖擊試驗(yàn)在ZBC230Z-B 型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。拉伸試驗(yàn)在CMT5305 型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試棒選用 10 拉伸試棒。用Neophot30 型金相顯微鏡觀察顯微組織。用HRS-150 型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)測(cè)定硬度。4 種材料力學(xué)性能的熱處理工藝為：1020 ℃直接氣冷淬火，560 ℃和595 ℃各回火3 h。
熱穩(wěn)定性是熱作模具鋼的主要性能之一，它反映了模具鋼在高溫下工作時(shí)抗軟化的能力，關(guān)系到鋼的高溫性能。4 種試驗(yàn)鋼材屬于H13 鋼類的熱作模具鋼，主要用作鋁合金壓鑄模材料。鋁合金的熔點(diǎn)一般在600 ℃左右，如坯料在模具型腔內(nèi)流動(dòng)，溫度會(huì)更高。因此，熱穩(wěn)定性試驗(yàn)溫度選擇為610 ℃。本試驗(yàn)的加熱爐為YFX10/13Q-GC 高溫箱式電阻爐，試樣尺寸為15 mm × 15 mm × 10 mm。試樣采用1020 ℃先預(yù)冷再氣冷淬火，560 ℃、590 ℃兩次回火后，放入高溫箱式爐中，進(jìn)行610 ℃回火，回火時(shí)間分別為2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、15 h 和20 h。測(cè)定不同保溫時(shí)間后的試樣硬度，并繪制曲線。
3.結(jié)論
(1) GMH20 鋼、PH25 鋼的力學(xué)性能優(yōu)于H13鋼，接近DIEVAR 鋼，尤其是GMH20 鋼，力學(xué)性能與DIEVAR 鋼十分接近。GMH20、PH25 和DIEVAR鋼的塑性明顯優(yōu)于H13 鋼，這主要是因?yàn)? 種鋼與H13 鋼的化學(xué)成分相比，Si 的含量大大降低，而Mo的含量增加，這種成分的變化，可提高鋼的塑性和韌性。Si 含量的降低，可以提高鋼的塑性，DIEVAR 鋼的Si 含量最低，所以其塑性最好。綜合來(lái)看，DIEVAR 鋼和GMH20 鋼的力學(xué)性能最好。
(2) 在610 ℃長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)，GMH20 鋼和PH25鋼熱穩(wěn)定性變化趨勢(shì)十分接近，曲線幾乎重合；隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，4種鋼材的硬度趨于相同，約為35 HRC。