H13中的Cr含量在5%左右,铬在热作模具钢中易与碳形成富Cr的Cr23C6型碳化物,此类碳化物极易粗化长大,大块的碳化物容易成为疲劳裂纹源,同时有可能在晶界产生偏聚,降低材料的热疲劳抗力[14]。图5为H13钢热疲劳循环600次后SEM照片,图中较大块碳化物的边缘产生了细小的裂纹。

　　1·2367合金成分中提高了钼的含量,钼是强碳化物形成元素,在回火过程中,钢中碳化物形成元素钼、钒与碳结合,以细小弥散的碳化物的形式析出,因此降低了与铬结合的相对碳量,同时这种MC和M2C型的碳化物在较高温度保温过程中不易聚集长大,这也提高了材料的热稳定性和高温强度,有利于提高材料的热疲劳抗力。

　　图6(a)为1·2367淬回火后SEM照片,在钢的淬回火照片中,板条马氏体组织非常明显,基体上存在少量颗粒非常细小的碳化物,经过淬火后,合金元素大部分溶入了基体当中,提高了强度与硬度。相比于1·2367,3Cr2W8V的基体上分布着大量的碳化物,如图6(b)所示。

大块碳化物的堆积不仅影响了材料的力学性能,而且也影响了材料的热疲劳性能,随着热疲劳实验冷热循环的进行,在应力的作用下,碳化物界面前的基体会形成一个位错塞积群,推动位错运动的有效切应力为(τc-τi),其中τi为晶格阻力,τc为σ在滑移面上的切应力的分量。在塞积群前端将造成应力集中,若满足下式,则会促使材料在大块碳化物的前端产生裂纹。

模具材料的热疲劳抗力不仅取决于材料表面裂纹的萌生,而且取决于裂纹的扩展,根据断裂力学理论,当材料存在裂纹时,裂纹前端造成应力集中,一旦应力超过材料的屈服强度时,材料发生塑性变形,在裂纹顶端出现塑性区,使部分应力松弛。材料的韧性越好,裂纹越不容易扩展,提高材料的热疲劳抗力[19]。较好的高温强度,使得1·2367材料能够比H13钢更好的抵抗裂纹的萌生,与此同时,其优异的冲击韧性扩大了热疲劳裂纹尖端的塑性区,使其能够有效地释放在裂纹尖端由于热疲劳产生的应力,减慢了裂纹的扩展速度,提高了材料的热疲劳性能。

3　结论

　　1)通过对三个材料热疲劳损伤因子的计算得知,1·2367的热疲劳损伤因子小于H13钢和3Cr2W8V,热疲劳试验后,1·2367钢表面裂纹十分均匀、细小,没有形成主裂纹,其热疲劳抗力高于H13钢和3Cr2W8V。

　　2)通过硬度梯度测试,1·2367较高的硬度与良好的高温抗压强度提高了材料表面裂纹萌生的抗力,进而提高材料热疲劳性能。3Cr2W8V组织中大块的伪共晶碳化物,对材料的热疲劳性能有不利的影响。