王承等：镁对冷作模具钢碳化物及热塑性的影响 ·505· 1.2 共晶碳化物会导致脆性断裂：而镁处理后，钢样的碳化 物断网孤立，碳化物变得细小且均匀分布，因此钢的热 塑性提高. 氧是钢中有害元素，氧含量增加对钢的性能有 0.8 不利的影响，钢的强度、塑形、韧性等随着钢中氧含 量增加而降低.如图9所示，钢中加入Mg后，Mg 0.6 与0作用，大幅度降低钢中氧含量，改善了钢的热 塑性.另外，有害元素的偏聚、脆性相的出现等会 使材料的脆性断裂趋势增大.钢中加入镁后，镁与 0.4 0 10 20 30 40 50 S偏析元素作用，脱硫效果明显，钢中S含量降低 Mg的质量分数/小0 (如图9)，对脆性相变质；并且镁能够在晶界偏聚， 图7不同Mg含量钢中碳化物的平均尺寸变化 能够抵消其他有害杂质元素、碳氮化物等第二相的 Fig.7 Change in average size of carbides in the steels with different 聚集，净化晶界，使得晶界的磷偏聚大为减弱，减缓 Mg contents 沿晶断裂的敏感性，也在一定程度上改善和提高了 55 钢材的热塑性. 100 50 80 45 60 40 35 10203040 50 20 M的质量分数/10 图8不同Mg含量钢中碳化物的Cr含量变化 102030 40 50 Fig.8 Cr content variation of carbides in steels with different Mg Mg的质量分数/10 content 图9不同Mg含量钢中0和S含量变化 Fig.9 Change in O and S contents of the steels with different Mg 文献8]中指出，在相同的退火制度下，碳化物 contents 中C的含量随着钢样中Mg的含量增加而增加，因为 Mg改善了Cr在碳化物中扩散速率.Cr在碳化物中是 4 结论 一种稳定元素，可以降低含C渗碳型碳化物的退火聚 (1)铸态的Cr12MolV1钢凝固时析出大量的网 集倾向，从而阻止条状碳化物的形成，使碳化物球状化 状共晶碳化物，锻态下仍有大块的、长条的碳化物呈带 或近球状化.这清楚地解释了Mg的添加使碳化物被 状分布.添加Mg后，铸态下网状碳化物被打断，并且 细化且分布均匀的原因. 被明显细化.同时，锻态下碳化物被球状化或近球状 另外，碳化物的形态与母相一碳化物相界面的单 化，碳化物的平均尺寸从1.07μm(0%Mg)依次减小 位自由能和界面张力有关.当基体晶界能与碳化物同 到0.66μm(0.002%Mg)和0.58m(0.0043%Mg), 基体间相界能之比为0~1时，碳化物以一定的长宽比 且呈弥散分布. 析出.比值越大，碳化物越细长：反之则呈细小块状或 (2)Cr12MolV1钢添加Mg后，使钢的强度略有 球状.钢中加入Mg使碳化物的表面自由能提高，从而 提高，而钢的热塑性提高15.46%和18.90%.因为添 使基体晶界能与碳化物同基体间的相界能比值σ一/ 加Mg后，钢中碳化物的形态和分布都发生变化，碳化 σ，降低，因而分割碳化物，形状得以块化，使碳化物 物变得细小均匀，且以弥散状分布，使钢的强度略有提 被细化，同时碳化物变得弥散分布四 高，塑形明显提高 3.3Mg改善热塑性的机理 (3)Mg的添加对钢起到明显的脱氧和脱硫能 Crl2MolV1钢属于高碳高铬莱氏体钢，由于C和 力，钢中0含量的降低减弱了氧对塑形的不利影响， C的大量存在，在钢的凝固过程中，成分偏析使含有 S含量的降低对脆性相变质，从而使钢的热塑性显著 较高碳和合金元素的钢内出现网状共晶碳化物，网状 提高王 承等: 镁对冷作模具钢碳化物及热塑性的影响 图 7 不同 Mg 含量钢中碳化物的平均尺寸变化 Fig． 7 Change in average size of carbides in the steels with different Mg contents 图 8 不同 Mg 含量钢中碳化物的 Cr 含量变化 Fig． 8 Cr content variation of carbides in steels with different Mg content 文献［18］中指出，在相同的退火制度下，碳化物 中 Cr 的含量随着钢样中 Mg 的含量增加而增加，因为 Mg 改善了 Cr 在碳化物中扩散速率． Cr 在碳化物中是 一种稳定元素，可以降低含 Cr 渗碳型碳化物的退火聚 集倾向，从而阻止条状碳化物的形成，使碳化物球状化 或近球状化． 这清楚地解释了 Mg 的添加使碳化物被 细化且分布均匀的原因． 另外，碳化物的形态与母相--碳化物相界面的单 位自由能和界面张力有关． 当基体晶界能与碳化物同 基体间相界能之比为 0 ～ 1 时，碳化物以一定的长宽比 析出． 比值越大，碳化物越细长; 反之则呈细小块状或 球状． 钢中加入 Mg 使碳化物的表面自由能提高，从而 使基体晶界能与碳化物同基体间的相界能比值 σγ--γ / σγ--C降低，因而分割碳化物，形状得以块化，使碳化物 被细化，同时碳化物变得弥散分布［19］． 3. 3 Mg 改善热塑性的机理 Cr12Mo1V1 钢属于高碳高铬莱氏体钢，由于 C 和 Cr 的大量存在，在钢的凝固过程中，成分偏析使含有 较高碳和合金元素的钢内出现网状共晶碳化物，网状 共晶碳化物会导致脆性断裂; 而镁处理后，钢样的碳化 物断网孤立，碳化物变得细小且均匀分布，因此钢的热 塑性提高． 氧是钢中有害元素，氧含量增加对钢的性能有 不利的影响，钢的强度、塑形、韧性等随着钢中氧含 量增加 而 降 低． 如 图 9 所 示，钢 中 加 入 Mg 后，Mg 与 O 作用，大幅 度 降 低 钢 中 氧 含 量，改 善 了 钢 的 热 塑性． 另外，有 害 元 素 的 偏 聚、脆 性 相 的 出 现 等 会 使材料的脆性断裂趋势增大． 钢中加入镁 后，镁 与 S 偏析元 素 作 用，脱 硫 效 果 明 显，钢 中 S 含 量 降 低 ( 如图 9) ，对脆性相变质; 并且镁能够在晶界偏聚， 能够抵消其他有害杂质元素、碳氮化物等第二相的 聚集，净化晶界，使得晶界的磷偏聚大为减弱，减缓 沿晶断裂的敏感性，也在一定程度上改善和提高了 钢材的热塑性． 图 9 不同 Mg 含量钢中 O 和 S 含量变化 Fig． 9 Change in O and S contents of the steels with different Mg contents 4 结论 ( 1) 铸态的 Cr12Mo1V1 钢凝固时析出大量的网 状共晶碳化物，锻态下仍有大块的、长条的碳化物呈带 状分布． 添加 Mg 后，铸态下网状碳化物被打断，并且 被明显细化． 同时，锻态下碳化物被球状化或近球状 化，碳化物的平均尺寸从 1. 07 μm ( 0% Mg) 依次减小 到 0. 66 μm ( 0. 002% Mg) 和 0. 58 μm ( 0. 0043% Mg) ， 且呈弥散分布． ( 2) Cr12Mo1V1 钢添加 Mg 后，使钢的强度略有 提高，而钢的热塑性提高 15. 46% 和 18. 90% ． 因为添 加 Mg 后，钢中碳化物的形态和分布都发生变化，碳化 物变得细小均匀，且以弥散状分布，使钢的强度略有提 高，塑形明显提高． ( 3) Mg 的添加 对 钢 起 到 明 显 的 脱 氧 和 脱 硫 能 力，钢中 O 含量的降低减弱了氧对塑形的不利影响， S 含量的降低对脆性相变质，从而使钢的热塑性显著 提高． · 505 ·