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試驗鋼的化學(xué)成分如表1 所示，由表1可知，實測含量與D2（Cr12MoVCo）鋼含量有較大不同，最明顯的是Si含量高，達(dá)到1.1%，還加入了一定量的合金元素W，同時Cr含量有所降低。Cr含量降低的作用是減少Cr的粗大共晶碳化物；Si的作用是強(qiáng)化基體，彌補(bǔ)碳化物的不足；W的作用是提高試驗鋼的熱穩(wěn)定性。

表1  試驗D2鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

 

將棒材線切割加工成10mm×10mm×10mm的小試樣若干，采用實驗室馬弗爐進(jìn)行球化退火試驗。對于D2型冷作模具鋼的奧氏體化溫度要選擇在Ac1溫度附近，實測該試驗鋼的Ac1溫度為827℃，由于鋼中含有大量呈斷續(xù)分布的共晶碳化物，可適當(dāng)提高奧氏體化溫度，促進(jìn)碳化物的溶解，使得在等溫球化時基體中有足夠的合金元素能從基體中析出球化。

將試樣分成6組，分別加熱至780、820、860、900、940、980℃等不同溫度保溫15min，出爐水冷至400℃，之后迅速放入730℃的馬弗爐中保溫30、60、90、120min，之后出爐空冷。常規(guī)球化退火工藝為：選擇退火溫度為860℃，保溫時間1h，冷卻時選擇在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變時間最短的溫度740℃左右等溫球化，可以較快完成轉(zhuǎn)變，保溫時間為6h，爐冷至500℃，出爐空冷。

利用HR150型洛氏硬度計測試不同預(yù)冷球化退火溫度下試樣的硬度值。采用ZESS Axioplan 2多功能金相顯微鏡對試驗鋼的退火組織進(jìn)行觀察。通過Nova 400 Nano SEM場發(fā)射掃描電子顯微鏡對最優(yōu)預(yù)冷球化退火工藝及常規(guī)球化退火工藝處理后的試驗鋼樣品進(jìn)行SEM-EDS分析。結(jié)果表明：

（1）預(yù)冷球化退火的最優(yōu)工藝為在860℃保溫15min，水冷至400℃，立即在730℃保溫60～90min，最后出爐空冷。其材料硬度低于最優(yōu)常規(guī)球化退火硬度，并且組織中的粒狀碳化物更細(xì)小，分布更均勻，大大縮短退火處理時間。

（2）當(dāng)730℃等溫時間達(dá)到120min以上時，粒狀碳化物逐漸長大，顆粒粗化。

（3）退火組織中主要存在兩相，即鐵素體基體相和M7C3型碳化物相，塊狀碳化物和灰色粒狀一次碳化物為含較少量V、Mo、W、富Cr的M7C3型碳化物；白色粒狀二次碳化物主要為球化工藝析出的含W、Mo較多的M7C3型碳化物。