【摘 要】
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热作模具钢主要用于制造在服役过程中需承受高载荷、热冲击和热磨损的热锻模具、热挤压模具、压铸模具以及热墩锻模具等,这些模具目前被广泛应用在航空航天、新能源汽车、轨道交通等行业。随着现代工业的飞速发展,应用最广泛的H13钢由于存在600℃以上热强度不足的缺陷已无法匹配现有的服役工况。因此,模具行业迫切需要开发出一种新型热作模具钢,以提高模具的高温性能,从而提高模具的使用寿命。本文在H13钢合金成分基础
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热作模具钢主要用于制造在服役过程中需承受高载荷、热冲击和热磨损的热锻模具、热挤压模具、压铸模具以及热墩锻模具等,这些模具目前被广泛应用在航空航天、新能源汽车、轨道交通等行业。随着现代工业的飞速发展,应用最广泛的H13钢由于存在600℃以上热强度不足的缺陷已无法匹配现有的服役工况。因此,模具行业迫切需要开发出一种新型热作模具钢,以提高模具的高温性能,从而提高模具的使用寿命。本文在H13钢合金成分基础上通过“低Cr高Mo加W”合金优化思路设计了一种新型HBJ3钢,对微观组织进行调控;表征其室温综合力学性能、高温强度和高温磨损性能,构建微观组织与服役性能关系模型,主要得出以下结论:（1）通过热力学计算可知HBJ3钢降低了M23C6型碳化物的溶解温度,提高了MC的溶解温度,增加了M6C型平衡碳化物的析出,与H13钢相比,稳定合金碳化物MC和M6C的体积分数增加,使得HBJ3钢可以适当提高淬火和回火温度。（2）HBJ3钢的硬度随着淬火温度升高而上升,相比于H13钢1100℃的硬度峰值,HBJ3钢1160℃硬度仍未达到峰值。相同的淬火温度下,HBJ3原奥氏体晶粒更加细小。（3）HBJ3钢的抗回火软化能力明显优于H13钢。600℃和650℃回火时,HBJ3钢硬度分别为52 HRC和45 HRC,比H13钢分别高10 HRC和18 HRC。HBJ3钢在600℃下随着保温时间的延长碳化物长大速率慢,并析出细小碳化物,弥散分布在基体中,使得HBJ3钢在600℃保温48 h后仍保持较高硬度45 HRC。（4）服役温度超过600℃时,HBJ3钢的高温强度明显优于H13钢。HBJ3钢中的未溶碳化物能够阻碍裂纹的萌发与扩展,从而提高了高温抗拉强度和尺寸稳定性。650℃时HBJ3钢的抗拉强度为735 MPa,提高52%。700℃时HBJ3钢抗拉强度为400 MPa,是H13钢的2倍多。（5）HBJ3钢比H13钢具有更优的耐磨性。HBJ3钢有较高的氧化性,有利于高温下氧化层的生成和生长。相比于H13钢,HBJ3钢从轻度氧化磨损到严重氧化磨损的转变延迟。
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