模具鋼材缺陷分析-冷作模具鋼D2的缺陷研究(一)
㈠、前言
在對冷作模具鋼D2進行宏觀檢驗時，發現在橫向酸浸低倍片半徑1/2處，偏析處及中心部位，出現比基體顏色深的“黑斑點”，如圖1、圖2。
以往，常將“黑班點”做為點狀偏析來評定，嚴加控制，因此，嚴重影響了出口材的成材率和正常交貨，為了確保D2鋼的質量，又為人為造成不必要的損人，我們對“黑斑點”的屬性進行了研究。
⑴試驗結果
⒈宏觀檢驗
將酸浸后的低倍片，在充足的光線下，用肉眼或借助放大鏡進行觀察，如圖1。這種過去被判為“點狀偏析”的“黑斑點”與38CrMoAl鋼的點狀偏析的特征、點的大小、分布狀態有所不同，而與結構鋼的一般疏松相似。
⒉斷口檢驗
將有“黑斑瞇”橫向低倍處上的“黑斑點”處打斷口，進行斷口觀察，如圖3。
在低倍片上有“黑斑點”處的斷口上有一條比基體組織顏色略暗一些的條帶，但無夾雜物和裂紋等缺陷。斷口為正常纖維狀斷口。
⒊金相檢驗
從退火材黃向低倍試片上有中心疏松、“黑斑點”、正常基體處各取一塊金相試樣，磨平，拋光，腐蝕后進行觀察。
從圖中可以看出：中心疏松（圖4）和“黑斑點”（圖5）處的碳化物都比較密集，而且碳化物的塊都比較大，基體均為粒狀珠光體；正常基體處（圖6）的碳化物的塊比較細小，數量也比中心疏松和“黑斑點”處的要少些，基體為粒狀珠光體，三都無明顯區別。
將上述三個試樣進行淬火觀察，如圖（中心疏松）、圖8（黑斑點）、圖9（正常基體）。從圖中可以看出：與退火組織相比，碳化物塊的尖銳程度有所減輕；而且細小的碳仳物明顯少于退火態，這是由于在淬火加熱過程中，低倍點碳化物溶入奧氏體中的緣故。中心疏松和“黑斑點”處的碳化物大小、數量基體差不多，但都比正常基體處的碳化物的數量要多，而且塊也大。三者基體均為M+少量殘余A。
⒋硬度檢驗
從退火態的低倍片上的同一圓周上的不同位置的“黑斑點”和正常基體進行硬度測試，測試結果和中心疏松處的硬度比較如下表。
檢驗位置 中心疏松 正常基體 黑斑點
硬度HB 197 195 198
從測試結果來看，各處的硬度基體差不多，中心疏松和“黑斑點”處硬度略高一些，這是由于碳化物相對多一些的結果。
㈡、結果分析
從“黑斑點”處的宏觀斷口，金相組織來看，“黑斑點”處無夾雜物，“黑斑點”處的金相組織與中心疏松和正常基體處的金相組織相比，中心疏松和“黑斑點”處的碳化物大小、數量差不多，但都比正常基體處的碳化物塊要大些，數量多些。除此之外，沒什么區別。
我們知道，“黑斑點”是試片在酸浸過程中，碳化物剝落而形成的低倍片上的宏觀表現。對于工具鋼的低倍組織檢驗，一些國家都沒有明確的規定，只在美國對合金工具鋼在這一方面有一定的標準。在ASTM561-78中對低倍組織檢驗時，對下列缺陷：縮管、炸裂、碳化物、合金偏析、非金屬夾雜集中情況、疏松、內裂紋、白點、方偏有明確要求，其中對中心疏松識別依據的描述是：被浸蝕出的碳化物或廢金屬夾雜物等有關集中微小控、坑，可按中心疏松評定。“黑斑點”是分散在試片上的集中碳化物在酸浸過程中剝落形成的微小蝕坑，與中心疏松的性質相同，故可評為一般疏松。
我們知道，對于D2鋼，由于碳含量較高，其結晶溫度間隔較大，在結晶過程中，等軸晶的樹枝狀分枝極為發達，造成母液被分割，樹枝晶間富集的碳化物不能及時與尚未凝固的大量鋼液充分均勻化，而在隨后的凝固過程中被固定下來，形成一般疏松。當鋼錠冷卻條件好時，冷卻速度極大，柱狀晶發達，不易形成碳化物富集，故不易形成一般疏松；而隨著鋼錠尺寸增大，冷卻速度相對緩慢，不利于柱狀晶發展，而等軸晶特別發達，故極易形成一般疏松；而當鋼錠進一步增大，冷卻速度相當緩慢，是凝固界面前富集的碳化物等及時擴散到尚未凝固的鋼液中，就可減輕一般疏松的形成。
由此可見，一般疏松的形成主要有D2鋼的本身化學成分決定的，即含碳量高，合金含量高；其次便是鋼錠的結晶條件不好。介于此，我們為了減輕D2鋼的一般疏松，可以從以下幾個方面解決：
⒈對于小尺寸錠應加大冷速，即提高澆注溫度，降低澆注速度。
⒉對于尺寸大錠型，采用降低冷卻速度的方法。
⒊設計合理的定性，滿足冷卻速度，使凝固界面前富集物及時擴散到尚未凝固的鋼液中。
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