国内外模具钢发展现状

简要分析了过去、现在乃至今后国内外模具钢(冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢)发展的基本指导思想及在此指导思想下研发的各种新型模具钢。最后对我国模具钢发展和生产中存在的问题进行了分析并提出了建议。

由多孔型阳极氧化铝制备纳米氧化铝纤维

利用磷酸溶液浸溃具有独特的六边形结构和组成的多孔型阳极氧化铝(PAAO),获得了带状、棒状、管状等不同形貌的纳米氧化铝纤维．用扫描电镜(SEM)、能谱仪和透射电镜(TEM)等手段对其形貌和组成进行了分析．结果表明,纳米氧化铝纤维是在阳极氧化铝的多孔层形成的,且在浸溃过程中阻挡层和多孔层表现出完全不同的溶解趋势．PAAO孔壁的特殊结构和组成上的差异造成的择优溶解是不同形貌纳米氧化铝纤维形成的主要原因．

淬火对60Si2Mn组织及力学性能的影响

采用拉伸试验、冲击试验、硬度试验和显微组织分析等方法研究了淬火温度对复合模具钢基材60Si2Mn组织及力学性能的影响。结果表明:150℃低温回火时,随淬火温度的升高,各项力学性能都有所提高,当与高碳高铬钢复合时,可采用低淬+低回的热处理工艺,即1050℃淬火+150℃回火;550℃高温回火时,随淬火温度的升高,虽然韧性略有下降,但硬度与抗拉强度逐渐升高,当与高速钢等复合时,可采用高淬+高回的热处理工艺,即1150℃淬火+550℃回火。

45钢真空扩散焊接时的界面变形及其作用

通过研究45钢的真空扩散焊接工艺,重点研究了焊接界面在压力作用下的塑性变形,探讨了变形率对焊接质量和工艺制定的影响.结果表明,影响45钢真空扩散焊接质量的一个重要因素是在一定压力下的变形率;当变形率超过临界值后,即焊接界面通过塑性变形达到完全弥合后,温度、压力和保温时间对焊接质量影响不明显.焊后退火可改善焊接界面区组织使强度得到保证,扩散焊接时间缩短.

表面粗糙度对动车组车轮钢弯曲疲劳性能的影响

目的分析不同程度的表面损伤对车轮钢疲劳性能的影响程度,为车轮疲劳的预测提供有效指导。方法采用X射线衍射仪测量不同程度表面损伤试样的表面残余应力分布,通过弯曲疲劳试验机对不同表面损伤的试样进行疲劳测试,并采用扫描电镜对断口形貌进行分析。结果 Ra4.1试样表面残余压应力大约为Ra0.7试样的2~3倍。Ra0.7试样疲劳极限为287.5 MPa,Ra4.1试样疲劳极限为280 MPa,前者比后者提高了2.6%。在相同应力下,Ra0.7试样的疲劳寿命至少高出Ra4.1试样一个数量级。Ra0.7试样的疲劳裂纹起裂于表面机加工刀痕,深度约为20?m;Ra4.1试样的疲劳裂纹起裂于表面凹坑,深度约为40?m,直径约为100?m。结论试样表面粗糙度越大,表面损伤越严重,表面残余压应力越大。表面粗糙度等级提高,表面应力集中严重,材料的疲劳性能下降。所有试样均起裂于表面损伤宏观缺陷处,裂纹易于在表面粗糙度大的试样表面形成,向内部扩展速度更快。

曲线地段钢轨运行后表层组织及硬度分析

对长期运行后的曲线地段U71Mn钢钢轨表层组织与硬度进行研究。结果表明:服役约10 a的钢轨,其踏面3个区的损伤形貌特点:外侧区主要为大量坑蚀麻点、中部区有明显的白亮色车辙印迹、内侧区为大量鱼鳞状热裂纹。踏面内侧区与外侧区表层组织越靠近踏面,珠光体变形程度越大,踏面中部区表层出现厚约50μm的白层;踏面不同区域表层硬度较心部均有不同程度的提高,中部区、内侧区、外侧区表层硬度提高约550HV、130HV、70HV。

表面粗糙度对动车组车轴钢弯曲疲劳性能的影响

通过弯曲疲劳试验研究表面粗糙度对动车组车轴钢弯曲疲劳性能的影响,并采用扫描电镜对断口表面形貌进行分析。结果表明:Ra0.5试样的疲劳极限为380 MPa;Ra1.0试样的疲劳极限为320 MPa。随表面粗糙度由0.5提升至1.0,试样的S-N曲线整体向右下方移动,拐点之前的斜率降低,试样的疲劳极限降低大约19%。在同一应力水平下,Ra0.5试样的疲劳寿命高出Ra1.0试样至少一个数量级。随着应力水平的提高,断口截面内疲劳源区数目增多。试样表面粗糙度越大,试样表面应力集中越明显,产生裂纹几率越高,容易产生多源开裂现象。

M2／40Cr异种材料真空扩散焊的分析

采用拉伸试验、弯曲试验、硬度试验、扫描电镜断口形貌观察、显微组织分析、显微硬度测试等方法研究了高速钢W6Mo5Cr4V2(以下简称M2)与合金结构钢40Cr的真空扩散焊.结果表明,焊接温度为1 100℃,焊接压力为20 MPa,保温时间为30 min,真空度不低于0.1 Pa的条件下即可以实现高速钢与合金结构钢良好的冶金结合;拉伸试验、弯曲试验的断裂均发生在40Cr上.因此,可以认为在此工艺下所得焊接结合面的强度已经高于40Cr的抗拉强度与抗弯强度,低淬低回工艺可以保证高速钢和合金结构钢均具有满足使用要求的硬度.

高速钢与弹簧钢的真空压力焊

采用拉伸试验、弯曲试验、硬度试验、扫描电镜断口形貌观察等方法研究了高速钢W6Mo5Cr4V2(M2)与合金弹簧钢50CrVA的真空压力焊。结果表明:在焊接温度为1 150℃及以上,焊接压力为20 MPa、保温时间为30 min、真空度不低于0.1 Pa的条件下即可实现高速钢与合金弹簧钢良好的冶金结合;拉伸和弯曲试验的断裂均发生在高硬度高耐磨的M2上。因此,可以认为焊接结合面的强度已经高于M2的抗拉强度与抗弯强度。

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.

D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验,研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响.结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主,而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄,其内的铁素体细化成纳米晶,粒状渗碳体不发生剪切变形,主要以溶解为主,不易形成较厚的白层,不发生大块剥落现象,提高耐磨性能.

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变.结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显.接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度.接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.

GCr15SiMn轴承钢超声滚压表层组织及性能分析

目的 通过不同超声滚压加工工艺对GCr15SiMn轴承钢磨削态试样进行表面强化处理,并研究超声滚压加工工艺对表层组织及性能的影响。方法 采用扫描电子显微镜(SEM)对试样表面、截面组织进行观察,并用粗糙度仪和硬度仪对表面粗糙度、显微硬度进行表征。对不同电流、静压力参数下超声滚压加工试样表面、截面组织和性能的差异进行了分析。结果 根据机加工细晶层及微裂纹可将原始试样分为3类:第1类为无裂纹机加工细晶层;第2类为有裂纹机加工细晶层;第3类为无机加工细晶层。超声滚压加工后,3类表层均被预置塑性变形层,但塑性变形层厚度有明显差别,第3类原始试样形成的塑性变形层最厚,约为2μm;试样表面磨削犁沟变浅,粗糙度显著改善,较原始粗糙度值降低了67%,表层磨削微裂纹扩展,部分表层机加工细晶剥落,表面微裂纹尖端角度减小,表面缺陷减少;表面硬度分布均匀性得到改善并预置表面硬化层,较原始表面硬度提升2%。结论 随电流的增加,粗糙度降低,塑性变形层的厚度和连续性提高,硬化层的硬度及厚度基本不变。随静压力的增加,硬化层的硬度及厚度增加,塑性变形层的厚度和连续性提高,粗糙度基本不变。

GCr15SiMn贝氏体轴承钢超声滚压表层组织与性能

目的 研究超声滚压加工对贝氏体轴承钢的影响,并分析超声滚压工艺参数对贝氏体轴承钢试样表层组织及性能的影响规律,为提升贝氏体轴承表面性能提供理论及试验依据。方法 通过超声滚压加工前后试样对比分析,确定超声滚压处理技术对贝氏体轴承钢组织性能的提升;通过单因素试验法,研究超声滚压工艺试样组织、性能的影响规律;通过表面与截面组织相结合的方法,分析贝氏体轴承钢组织的类别特征。结果 根据试样表面状态可将原始试样分为3类:细晶层存在表面微裂纹的截面组织、细晶层无裂纹的截面组织及无细晶层截面组织。超声滚压后,3类截面组织均产生塑性变形层,无细晶层截面组织形成的塑性变形层最厚。超声滚压处理后,存在于原始试样表面的机加工纹理变细,犁沟变浅;试样表面粗糙度降幅可达75%,试样表面硬度增幅为4%,且试样表面产生了约90μm硬化层。结论 相同静压力下,随电流增加,试样表面粗糙度显著降低,塑性变形层显著增加,硬度、硬化层深度增加但增幅较小;相同电流下,随静压力增加,试样表面硬度、塑性变形层深度、硬化层深度及表面硬度增加,粗糙度变化不大。

深冷处理对轨道车辆用耐候钢镀层板点焊电极帽寿命的影响

针对轨道车辆用耐候钢镀层板点焊电极帽寿命低的问题,分别使用深冷处理前后的CuCrZr电极帽进行寿命试验,观测电极帽端面直径变化及接头质量,对失效电极帽形貌、微观组织和硬度分布进行分析。结果表明:耐候钢镀层板点焊CuCrZr电极帽的最主要失效形式为由塑性变形引起的端面尺寸增大,深冷处理使CuCrZr电极帽寿命由原来的90焊点提升至180焊点。寿命提高的原因在于深冷处理提高了CuCrZr的导电性能和导热性能,使电极帽产热减少,散热快,降低电极帽与工件镀层接触面的过热程度,从而减缓粘损和塑性变形速度。

CL60车轮钢喷丸强化的研究

对车轮用钢喷丸强化处理的可行性进行探讨。试验材料为CL60车轮钢，采用直径1mm的钢丸以45m／s的速度进行不同时间喷丸处理，分析其表层粗糙度、应力、组织和硬度随喷丸工艺的变化。试验结果表明：喷丸后的试样表层粗糙度均低于4．9μm，符合车轮服役规范；喷丸后试样表层会产生厚约为400μm的随深度变化的残余压应力，喷丸处理2min时最大应力可达762MPa；硬度随喷丸处理时间的增加逐渐提高，喷丸0．5h后表层硬度约为375HV，喷丸6h后表层硬度最高，可达到480HV，硬化层的厚度在喷丸1h时达到饱和，约为130μm；喷丸处理后，车轮钢表层渗碳体会产生变形细化、断裂、溶解，铁素体会明显细化，在喷丸处理3h时表层部分铁素体晶粒细化至70nm。喷丸处理1-3h可以在表层无损伤的情况下，有效提高硬度，为喷丸处理的最佳工艺。

电阻钎焊焊接温度高速采集装置及采集方法

为解决电阻钎焊焊接温度难以采集的问题,设计了一种电阻钎焊焊接温度的高速采集装置及采集方法。简述了该装置的结构、试验原理及使用方法,并根据该方法对某型牵引电机引线与中性环电阻钎焊焊接热循环曲线进行了测试验证。结果表明:利用该装置和方法测试出的焊接热循环曲线符合物理学规律。该装置通过使用电压隔离技术和提高采集芯片的采样速率实现高速带电测量,能很好适应电阻钎焊加热时间短、温度变化快的特点,配合多通道同时采集,可以很方便地完成对焊接区不同位置温度变化过程的实时观察和完整记录,为合理焊接工艺的制定提供可靠依据。

GCr15SiMn轴承座圈超声滚压表面抗接触疲劳性能分析

为了研究超声滚压加工对GCr15SiMn轴承座圈表面抗滚动接触疲劳性能的影响,使用超声滚压加工前后的GCr15SiMn轴承座圈进行滚动接触疲劳试验。采用三维立体显微镜及扫描电镜(SEM)观察对比两种疲劳失效轴承座圈在表面形貌、表面组织。结果表明,超声滚压加工后的轴承座圈接触疲劳寿命提高,其疲劳寿命平均值是未超声滚压轴承座圈疲劳寿命平均值的3倍左右;超声滚压加工后的轴承座圈可以抵抗滚珠滚动导致的表层硬度大幅提升;与未超声滚压轴承座圈疲劳件相比,疲劳失效的超声滚压轴承座圈表面平均粗糙度及最大粗糙度显著降低,抵抗表面塑性变形的能力增强,表面麻点数量减少,表面疲劳微裂纹改变为平行的弧线排列,抵御了磨削细晶处疲劳微裂纹的萌生。

梯度硬质合金与45钢的TIG焊研究

选取YG8,YG15和YG20商用硬质合金与WC-5Co-25Ni硬质合金通过扩散烧结的方法制备梯度硬质合金,采用NiFe-C焊丝对梯度硬质合金与45钢进行TIG连接,通过扫描电镜观察、抗弯强度试验,对焊接接头的组织和力学性能进行了分析。结果表明:YG8/YG15/YG20/WC-5Co-25Ni四层结构梯度合金可以缓解焊接应力,与45钢TIG焊可以获得无开裂接头;垂直堆叠烧制的梯度合金焊接时易在焊缝底部界面位置形成η碳化物层,60°倾角倾斜堆叠烧制的梯度合金焊接时,界面位置不再形成有害碳化物层;由于η碳化物层的存在,垂直堆叠梯度合金的焊接接头抗弯强度仅为0. 74 GPa,倾斜堆叠梯度合金的焊接接头的抗弯强度提高到1. 29 GPa。

GCr15SiMn轴承钢表面超声滚压处理改性分析

使用HK30数控车床对GCr15SiMn轴承钢进行表面超声滚压处理,利用金相显微镜和扫描电镜观察试样超声滚压前后表面形貌和截面组织,并对比分析了超声滚压处理前后试样的硬度、表面粗糙度和残余应力。研究结果表明:超声滚压处理后,试样表面显微组织发生明显的塑性变形,形成约1μm的塑性变形层;试样平均表面粗糙度Ra值降低,表面更加平整,表面硬度和表面残余压应力升高;超声滚压处理改变了表面压应力的分布规律,即试样的残余压应力最大值都不在表面,而在次表面,残余压应力作用层由100μm增加至700μm。