引言
热锻模具在服役过程中与炽热的金属相互接触，模具表面受到剧烈的摩擦且承受的温度可达400～600℃，还要受到较大的冲击力，在这种服役条件下，模具往往会发生型腔边缘或局部塌陷、断裂、磨损而早期失效。因此，热锻模具材料应具有足够高的热强性、冲击性能和耐磨性;对于大型锻模还要求其具有高的淬透性，以提高模具热处理后的整体性能。
1金属材料特性
金属材料显微组织具备晶粒类型、形状、大小、相对数量和相对分布等五大要素，均能够对金属材料的性能产生很大的影响。其中，金属材料的原子结构、原子之间结合键和晶体结构等方面是决定金属材料显微组织中各种晶粒相对数量的主要因素。同时，不同成分的金属材料在这一方面也存在着很大的差异，在性能方面也有着很大的不同。通过金属材料成分的精准分析能够更加准确地掌握其成分组成和基本特性，并由此来指导加工工艺和加工方法的改进，使其加工生产更具针对性，生产出的金属材料产品质量更高。
2合金元素对热处理性能的影响
2.1热处理设备的选用
根据工件的形状和尺寸及现有设备条件，选用可控气氛多用炉作为淬火设备及其配套的鼓风箱式回火炉作为预热和回火设备。可控气氛多用炉具有炉膛较大、可将筒形件竖直吊放减少变形的优点，还有通保护气氛、控制碳势、防止氧化脱碳的优点，但必须控制炉内可控气氛中氢含量。尽管多用炉已广泛地应用于汽车零件和齿轮的化学热处理和保护淬火，一般都不会出现氢脆问题。但对于主体部位壁厚仅1．3mm，而且要求抗拉强度达到D6AC超高强度钢水平的30CrMnSiA钢产品零件来说，需要考虑多用炉保护气氛中含有一定量的氢时，产品材料在多用炉中加热时吸氢而出现氢脆失效的风险。
2.2热处理工艺的设计
根据以往经验，30CrMnSiA钢完全淬透时硬度可达50～52HＲC，若能保证产品完全淬透，并采用低温回火，可使其强度满足Ｒm≥1520MPa的要求。问题在于即使避开了第一类回火脆性区，低温回火能否保证延伸率A≥9%，能否使其具有足够的塑性和韧性，均是需要考虑的问题。
2.3蠕变后表面与断口形貌分析
合金在660℃/700MPa试验条件长期作用下，母材蠕变过程中产生形变孪晶和不同取向的形变位错。在蠕变过程中，形变位错不断地堆积在晶界处，发生位错积塞，当晶界聚集的能量大于晶界所能承受的临界值，晶界处萌生裂纹，裂纹在晶界薄弱的处发生扩展，形成沿晶断裂，呈现出宏观裂纹。在冷拔的过程中合金基体产生不同取向的形变孪晶可协调晶粒变形，起到一定形变强化作用。晶界内聚集时效过程中析出起主要强化作用的γ″相和辅助强化作用的γ′相，二者在γ基体中弥散分布。析出相γ′、γ″粒子越多，合金的蠕变抗性越强。当蠕变进入加速阶段，内部γ″相大量积聚堆积，导致晶内强度大于晶界处，滑移更容易发生在晶界处，而由于晶界析出少量的δ相不足以阻碍晶界处发生的滑移，在有δ相析出的晶界处先出现裂纹，不断地扩展，最终形成沿晶断裂。蠕变断口无大量韧窝，断口晶粒光滑平坦。母材所产生的沿晶断裂主要机制是孪晶和位错滑移。合金由于过热，在应力长期作用下组织内部由于蠕变过程中位错的交互作用，产生大量空穴，又因为蠕变试验过程中一直施加恒定应力，应力在晶界处集中，大量的空穴在晶界薄弱处生成，晶界处的空穴数超过所能承受的临界值时，晶界上析出的第二相粒子和固溶原子阻碍位错运动，晶界吸收空穴能力受损，促使空穴在晶界以空洞形式析出。在高温和恒定应力的长期作用下，空位从晶内向或沿晶界向空洞处扩散，使空洞长大产生断裂，形成裂纹，在断口呈现出大量深浅不一的韧窝。而蠕变过程中所形成的空位空洞是合金内部调节能量的过程，合金内部大量的空洞能吸收更多的能量，所以表面出更高的蠕变抗性，相同试验条件下具有更长的蠕变寿命，正如上面蠕变曲线所呈现出的规律。所以冷拔形变14%、20%蠕变的主要机制的晶界的空洞形核导致的沿晶开裂。在相同实验条件下，930℃退火10min在合金在断裂后呈现出更多的韧窝，有大量紧密排列的韧窝是合金蠕变断裂前的空位空洞所形成的，合金发生宏观断裂前的大量空洞吸收了更多能量，表现出更高的蠕变抗性，更长的蠕变寿命。
2.4淬火工艺的影响
不同温度淬火后，组织均为马氏体+未溶碳化物+残留奥氏体，但在不同淬火温度下获得的马氏体尺寸、残留奥氏体含量及碳化物数量有所不同。当淬火温度为920℃时，组织为细小的板条马氏体，未溶碳化物较多，经能谱分析，这些碳化物富Cr、Mo和V，这种碳化物会使二次碳化物在晶界处聚集，某些局部区域甚至会形成链状碳化物，对钢的冲击性能不利。同时，由于淬火温度较低，碳和合金元素在奥氏体中的固溶量较少，造成的硬化作用也不佳。随淬火温度的升高，这些未溶碳化物的数量逐渐减少，此时较多的碳和合金元素溶入奥氏体，对提升钢的硬度有利，当温度达到1200℃时，碳化物几乎全部溶解。亮白色残留奥氏体的含量也随淬火温度升高逐渐增加，这是由于较高的淬火温度使大量的碳和合金元素溶入奥氏体，Ms点降低，奥氏体的稳定性增加，从而导致室温下残留奥氏体的含量增加，这会使钢的硬度下降。马氏体板条随淬火温度升高逐渐粗化，板条宽度逐渐增加，这主要是因为淬火马氏体是在原奥氏体中形成的，一个奥氏体晶粒内存在许多不同取向的马氏体板条群，板条群由相互平行的马氏体板条束组成，板条束之间由大角度晶界隔开，每个板条束含有多个平行排列的细长马氏体板条，马氏体板条宽度受奥氏体晶粒尺寸的影响很小;但一个奥氏体晶粒内板条束的个数不变，故奥氏体晶粒越大马氏体板条束越大，当淬火温度超过1060℃时，显微组织中出现了明显的三叉晶界，晶粒已明显粗化，这对钢的冲击性能不利，因此淬火温度不宜超过1060℃。综上分析，初步选择淬火的温度为1030℃和1060℃。
结语
新技术下金属材料成份分析技术的应用，能有效弥补传统金属材料成份分析技术的不足，促使技术、设备变革，这就需要相关企业和工作人员提高创新意识，旨在为金属成分制造提供良好支持。
参考文献
［1］许兴军．高碳铬GCr15高耐磨性磨球的开发［J］．现代冶金，2012，40(2):27-29．
［2］徐强．锻制直径140mmB3钢球性能精确控制研究［D］．南昌:南昌大学，2018．