模具的精密成型是一种周期短，耗能、耗材低，经济效益显著的先进模具制造方式。自80年代以来在国内外得到了广泛的应用。但对莱氏体型铸造模具的研究及应用则较少，这是由于传统莱氏体型铸造模具钢中共晶碳化物呈网络状分布，虽然具有很高的耐磨性，但其韧性极低，这个问题一直没有得到解决。

 

　　在新型莱氏体铸造模具钢熔炼过程中加入微量变质元素，能改善碳化物的形态和合金元素的偏析，配合热处理使网状碳化物转化为粒状均匀分布。从根本上解决了传统Cr12类钢精密成型模具强货性低的问题，并对改善该类钢锻前碳化物形态具有指导意义。本文测试并分析了新型铸造模具钢的显微组织及性能，并进行了现场应用试验，这些工作为该新型铸造模具钢的应用奠定了基础。

 

　　1试验材料及方法试验用钢的化学成分见表1.采用5~15kg中频感应电炉，用不氧化法熔炼，当温度达到1左右时插铝脱氧出钢，在包内加入多元复合变质剂进行变质处理，在砂型中铸出宽50mm，厚度分别为15mm、25mm、35mm、45mm的阶梯试样，考察截面尺寸对碳化物形态的影响。铸出125mmX1mmx25mm试样，经1100~1130X：加热3h，然后空冷至650X：等温1h，再升温至880X：，进行常规退火处理。铸钢和锻钢均加工成10mmX表1试验用钢的化学成分（1 10mmx55mm的冲击试样、10mmx20mmX1mm的三点弯曲试样（疲劳裂纹扩展和断裂初性）和10mmX1mmx20mm的磨损试样，经过1020X：30mm，然后空冷基金项目：国家自然科学基金资助项目（59771003）淬火，20025（X：回火2h，对疲劳试样和断裂韧性试样分别用线切割切出4mm和7mm的切口5H洛式硬度计测试硬度。冲宙韧性试验在B 5型冲击试验机上进行，每个规程取3~5个试样：在INSTRON1603电磁井振式阮频疲劳机上进行断裂韧性/<"u、疲劳裂纹扩展门槛值疲劳裂纹扩展速率d/dN的测定，每个规程3个试样。

 

　　疲劳试验的加载制度见表2试验在室温表2疲劳试验加栽制度大气中进行，环境的相对湿度为4U~50c Table用放大40倍的显微镜在疲劳裂纹扩展过程中连续观察裂纹的扩展长度，取试样两侧表面扩载荷类a平均软荷值荷比喊串展长度的平均值，作出裂纹扩展长度与载荷循裂纹扩环次数々N，曲线，并采用7点递增多项式数据处理标准Pormin程序计算AK和da/dN，在双对数坐标上作出（da/dV）-A/C曲线，并拟合Paris公式计算出扩展常数c、m值；按GB6398-86采用逐级降载法测出疲劳裂纹扩展门槛值磨损试验在M200型滑动磨损试验机上进行，采用硬质合金作对磨轮（045mmx条件，转速为400r/min.试样每磨损30min称S―次，重量损失采用精度为0.0001g的光学天平称1.取4次磨损损失的平均结果，并以锻逢Cr12类（I-n级偏析）为基准来衡量相对酎磨性=试验材料失重/〖2类钢失重）a用幻70.5光学显微镜观察碳化物系态，用H-800透射电镜（操怍电压150kV，分辨率0.4nm）观察微观组织，在D/max-rX射线衍射仪上进行结构分析2试验结果及分析2.1碳化物形态所示为各种状态的莱氏体钢中碳化物的形态可兕，传统莱氏体铸钢中共晶碳化物非常m定，即使经1150X：高温热处理，仍呈网状分布（图la〉。新型莱氏体铸钢经变质处理后4在该类钢允许的热处理温度100―1130X：下，碳化物沿原枝晶呈粒状均匀分布（图lb）。在锻钢中，随偏析减少。碳化物趋干细小且分布均匀。新型莱氏体涛钢中碳化物形态与锻造a 12类钢（i-iv级偏析）相近，但其碳化物更加圆整，且无锻钢的带状偏聚现象a 2.2截面尺寸对碳化物形态的彩响m2示出截面尺寸对新型莱氏本铸钢碳化物形态的影响可见。在不同截面尺寸下，碳化物均呈粒状均匀分布，随着截面尺寸的缩小，碳化物形态变好。这是因为随著截面尺寸的增加。凝固冷却速度降低，凝固组织中共晶碳化物变得更加粗大。使得热处理粒化后的碳化物形态随之变差。

 

　　2.3新型菜氏体铸钢的显微组织囝3和囝4分别为新型莱氏体铸钢的基体组织和碳化物的透射电镜照片。通过T￡M观察和X射线结构分析发现，新型莱氏体涛钢的基体组织中大多数为含有位错亚结构的高强韧性的扳条马氏体，并含有少世孪晶马氏体和残留氏体。碳化物分为一次碳化物和二次碳化物。一次碳化物为原共晶碳化物，粒化后比较粗大，分布在原奥氏体枝晶间；二次碳化物是在高温保温过程中析出的，尺寸较小，分布于晶内，经衍射标定均为型碳化物c（d）标定2.4新型莱氏体铸造模具钢的性能表3示出了各种模具钢的力学性能和耐磨性。试验结果表明：由于碳化物的粒化，新型铸造模具钢比具有网状碳化物的传统铸造模具钢的冲击禚性明显提高，且已达到锻造12类钢冲击韧性的下限值，其断裂韧性及疲劳裂纹扩展抗力也明显高于传统铸造模具钢和锻造Cr12类钢。可见，该新型模具钢具有较高的强禚性。同时，其耐磨性高于同样硬度下的传统铸造模具钢和锻造12类钢，保证了该新型铸造模具钢的高耐磨性。

 

　　表3各种横具铟的性能对比钢种碳化物形态疲劳扩展常数耐磨性（150失重/mg新型铸造模具钢粒状传统铸造模具钢网状12类锻钢3现场应用试验为了验证新型铸造模具钢的强性和耐磨性能否满足实用工模具的工况条件要求，本文作者在江苏省武进链条厂选择了24A内链板板孔修孔拉刀作为实用工模具。利用这种拉刀的刃口对硬度为HRC43~51的链板板孔进行修整，由于刃口的存在和被加工工件的高硬度，对拉刀的强禚性和耐磨性均提出了较高的要求。采用金属型覆砂铸出025mmx150mm的坯料，经共晶碳化物粒化退火工艺，加工成020mmx 132mm的拉刀，热处理工艺采用1 020X：淬火、200X：回火2次，终硬度为HRC61.5，与M2高速钢拉刀的硬度HRC62.5相近。

 

　　试验结果表明：该厂原有的M2高速钢拉刀在拉制链板内孔时，拉到300kg左右（4 500~5000次），拉刀就已超差不能使用；而新型铸造模具钢拉刀可拉到450kg左右（7 0007500次），才超差失效，其使用寿命是M2钢拉刀的1.5倍。观察两种拉刀的磨损表面可发现，原M2钢拉刀表面有毛刺出现，而新型铸造模具钢拉刀表面无毛刺，且无崩刃现象。传统莱氏体钢拉刀拉到100kg左右就发生崩刃而不能使用。可证明该新型莱氏体铸造模具钢具有高的耐磨性和强禚性，可满足工模具的性能要4分析与结论碳化物形态是影响钢铁材料性能的主要因素，特别是对莱氏体钢，网状碳化物的存在不仅降低钢的整体强钿性，而且易于萌生裂纹，并为裂纹扩展提供低能量通道。这决定了传统莱氏体铸造模具钢具有很低的强禚性，限制了其广泛的应用。新型莱氏体铸造模具钢在韧性的板条马氏体基体上分布着粒状（Fe、Cr）7C3型碳化物，保证了该钢具有高的耐磨性；而且碳化物颗粒圆整、分布均匀亦使钢的整体强禚性得到提高，且对裂纹的萌生和扩展具有高的抗力。因此，新型莱氏体铸造模具钢有高的强初性。

 

　　通过向熔炼过程中的新型铸造模具钢中加入微量变质元素进行变质处理，可改善其凝固组织中碳化物的形态和合金元素的偏析，配合热处理在非锻造条件下获得具有粒状均匀分布的碳化物形态。

 

　　变质处理改善碳化物形态受截面尺寸的影响，随着截面尺寸的增加，凝固冷却速度将降低，凝固时间增加，变质效果降低，同时粗大的碳化物也阻碍碳化物形态的改善。因此使碳化物形态相对变差，直接影响该新型模具钢在大、中型模具上的应用。冷作模具的工况特点决定其一般具有较高的强度，受力仅局限于工作表面极小的范围内。通过精密铸造表面急冷作用，可在模具工作表面一定的范围内得到良好的粒化组织，足以保证大、中型模具对显微组织的要求。

 

　　现场应用表明，新型铸造模具钢由于碳化物的粒化，强韧性明显提高，消除了传统莱氏体铸钢在使用中由于强韧性低出现的崩刃现象。由于采用对强韧性和耐磨性要求较高的拉刀做为实际工模具，可满足大多数工况下对模具的使用要求，具有广阔的应用前景。

 

　　新型莱氏体铸造模具钢基体组织以位错马氏体为主，含少量孪晶马氏体和残留奥氏体；碳化物为（Fe、Cr）7C3型，一次碳化物沿枝晶间呈粒状均匀分布，并在晶内析出大量二次碳化物。

 

　　新型莱氏体铸造模具钢具有高的强韧性，其冲击初性明显高于传统莱氏体铸钢，接近锻造类钢Cr12的下限值；其断裂韧性和疲劳裂纹扩展抗力明显高于传统莱氏体铸钢和锻造Cr12类钢，且具有高的耐磨性。

 

　　用新型莱氏体铸造模具钢制作链板高耐磨修孔拉刀，其寿命是锻造M2高速钢的1.5倍，且无崩刃现象，证明该新型铸造模具钢可满足大多数工况下对模具的使用要求。