热作模具钢磨损性能的研究现状

磨损是热作模具的主要失效形式之一,了解材料磨损机理和开发改善材料磨损性能的方法对提高模具寿命具有重要意义。本文对热作模具钢磨损性能的研究现状进行了阐述,对影响磨损性能的因素和改善磨损性能的方法进行了探讨和总结,并对热作模具钢磨损性能的研究趋势进行了展望。

喷丸对4Cr5Mo2V钢高温摩擦磨损性能的影响

对4Cr5Mo2V钢试样进行3道次复合喷丸,通过与未喷丸试样对比,研究了喷丸对试验钢表面形貌、显微组织、硬度、残余应力以及高温(100,300,500℃)摩擦磨损性能和机制的影响。结果表明:喷丸处理显著提高了试验钢表面粗糙度,使试验钢表面形成了明显的塑性变形层、硬化层与残余压应力层;在100,300,500℃下,与喷丸前相比,喷丸后试验钢的磨损率分别降低了41.8%,17.1%,63.3%,耐磨性能的提高与喷丸产生的硬化层和残余压应力层有关。在100,300℃下,喷丸前后试验钢的磨损机制均主要为黏着磨损和磨粒磨损,而当温度升高至500℃时,磨损机制为氧化磨损,喷丸试验钢仍能保持较高的硬度与残余压应力,同时表面氧化层更致密稳定,仅发生轻微氧化磨损。

稀土对23CrNiMoA钢显微组织和冲击性能的影响

采用金相显微镜、冲击试验机、扫描电镜和能谱仪等设备,研究稀土对23CrNiMoA钢的组织和冲击性能的影响。结果表明,在23CrNiMoA中添加质量分数为0.018%的镧铈金属后,钢材金相组织并无明显变化;在室温(20℃)试验钢纵向和横向冲击吸收能量分别由86.0 J和70.3 J提升至93.7 J和85.7 J,等向性提高了11%,冲击性能得到显著提升。此外,通过观察试验钢的冲击断口形貌可以看出,添加稀土后钢中断口处韧窝数量增多,且分布均匀,同时这些大而深的韧窝底部存在1μm左右的球状稀土夹杂物,这使得冲击断裂时裂纹扩展所需的吸收能量大大提高,对23CrNiMoA钢冲击性能起到良好的改善作用。

SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、透射电子显微镜以及铣削试验,研究了新型SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能。结果表明:相较于DC53钢,SLD-MAGIC钢的切削性能更优异;SLD-MAGIC钢回火析出了(Fe,Cr)_(7)C_(3)和Fe_(7)C_(3)型二次碳化物,其中,小尺寸碳化物数量是DC53钢的1.2倍,而DC53钢中大尺寸及超大尺寸碳化物数量是SLD-MAGIC钢的1.35倍;此外,SLD-MAGIC钢中还含有大量硫化锰夹杂。大量细小碳化物及硫化锰夹杂有利于SLD-MAGIC钢获得优异的切削性能。

铸坯火焰清理深度对超低碳冷轧搪瓷钢搪瓷性能的影响

通过研究调整铸坯火焰清理深度,验证超低碳冷轧搪瓷钢的抗鳞爆性、密着性以及氢渗透性的变化情况。研究结果表明,铸坯火焰清理深度从4mm降低至2mm,超低碳冷轧搪瓷钢没有出现鳞爆现象,密着等级无变化。氢渗透试验结果显示,降低铸坯火焰清理深度至2mm后,氢渗透时间和抗鳞爆敏感性TH值无明显变化,且TH值均>10min/mm^(2),抗鳞爆性能优良。

渗氮过程中轴套开裂原因

SKH51高速钢轴套在渗氮过程中发生开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、金相检验、扫描电镜分析等方法分析了轴套开裂的原因。结果表明:轴套基体中的共晶碳化物分布不均匀,在沿轴向方向上存在较为严重的条带状共晶碳化物;材料回火不充分使组织中存在残余奥氏体,在渗氮过程中残余奥氏体转变为马氏体,产生了组织应力;轴套开裂位置处倒角半径过小,产生了应力集中,最终导致轴套发生开裂。

100级及以上矿用圆环链的开发

基于扩散型相变以及弥散强化理论,在钢中分别添加0.23%和0.39%的W合金元素开发低碳马氏体矿用圆环链。采用Gleeble试验机及末端淬透性试验,测试新钢种的CCT曲线和淬透性;采用OM、SEM和TEM分析不同热处理状态时的组织及力学性能;采用圆环链破断试验、盐雾试验测试矿用圆环链破断力、耐腐蚀性能。结果表明:与23MnNiMoCr54钢比,新钢种获得全部马氏体的临界冷却速度降低为5℃/s,在5~0.3℃/内获得马氏体+贝氏体混合组织,0.3℃/s以下获得铁素体+珠光体组织,末端淬透性在25 mm处硬度值为45 HRC,无明显下降;随着回火温度的升高,抗拉强度降低,冲击韧性增加,其抗拉强度大于1350 MPa时冲击功大于85 J。工业化生产的圆环链破断力达到120级,腐蚀速率1.46 g/天,能满足GB/T12718标准中大规格100级及以上矿用圆环链的性能要求。

GH4698合金强化机理及其热处理工艺分析

GH4698合金是典型的沉淀强化型镍基高温合金,目前多用于航空件的制造,由于其性能的特殊性,也用于热锻模的制造。本文就GH4698合金的强化机理和热处理制度进行探究,研究结果表明:GH4698合金的强化方式有合金元素固溶强化、析出相沉淀强化和细小晶粒的晶界强化,强度主要由固溶强化贡献;热处理由固溶、中间处理和时效处理组成,其中时效处理根据需要可以进行两次,分为标准热处理和四段式热处理;改变两次时效的顺序或改变中间处理后的冷却速度,可以获得不同的力学性能。

淬火温度和回火工艺对4Cr5Mo2V钢高温耐磨性能的影响

将4Cr5Mo2V钢在1000~1090℃下淬火,并通过不同温度2次回火处理将相同淬火温度下试验钢的回火硬度分别调整至55,52 HRC,研究了淬火温度和回火工艺对显微组织、冲击韧性和高温(350℃)耐磨性能的影响。结果表明:回火硬度相同时,淬火温度过高或过低均会降低试验钢的韧性而加剧磨损表面材料剥落,从而降低耐磨性能;相同回火硬度下,1030℃淬火条件下试验钢的韧性和高温耐磨性能最好,1090℃淬火条件下最差;淬火温度相同时,较低温度回火试验钢因具有较高回火硬度,能够起到支撑表面氧化层的作用,其耐磨性能比较高温度回火时好;4Cr5Mo2V钢的推荐热处理工艺为1030℃×30 min油淬+560℃×2 h×2次回火。

激光熔覆HSS涂层滚滑动摩擦磨损及热疲劳损伤研究

针对再制造轧辊使用过程中受高压高温作用,轧件易发生复杂的失效行为,文章采用激光熔覆技术在球墨铸铁芯材上制备M4高速钢(high-speed steel,HSS)涂层,利用高温滚滑动摩擦磨损与热疲劳试验机研究HSS涂层的摩擦磨损及热疲劳性能。结果表明:HSS涂层显微组织主要为马氏体、少量残留奥氏体和合金碳化物,涂层维氏硬度为823 HV 0.5,具有良好的耐磨性、耐热性。在滚滑动摩擦磨损形式下,随着表面接触温度的升高,涂层磨损机制发生改变,磨损量逐渐降低。440℃时表现为疲劳磨损和轻微氧化磨损,525℃时表现为氧化磨损和疲劳磨损,580℃时以氧化磨损为主。

Cr-Mo-V系汽车热冲压模具镶块开裂失效分析

从模具材料本身质量评价、服役过程的热机械疲劳和水道应力腐蚀等方面,对热冲压模具的开裂失效行为进行了系统分析,得出镶块材料开裂是热机械疲劳和水道腐蚀的共同作用造成的,而水道的上半部分腐蚀坑(点蚀)给材料脆性开裂提供了突破口。水道锈蚀尤其是点蚀的形成,在热冲压作用下形成应力集中,成为裂纹源。

铋元素对316L奥氏体不锈钢高温塑性的影响

通过高温锻造和Gleeble高温拉伸实验研究了含铋316L奥氏体不锈钢的高温塑性变形性能,并结合OM和SEM-EDS分析了铋元素影响其高温塑性的作用机理。结果表明,铋元素在实验钢中主要以微米级和纳米级尺寸铋金属夹杂物的形式存在,提高钢的可切削加工性能。含铋实验钢在高温锻造和高温拉伸过程中易于发生晶界开裂,高温塑性较差,850~1000℃实验温度断面收缩率均在40%以下。分析原因,这主要与铋的晶界偏聚有关,高温下晶界偏聚的铋颗粒将以液态的形式存在,显著降低了晶界结合力,进而导致沿晶脆性断裂。

Cr12MoV模具钢激光熔凝处理裂纹产生原因及解决办法

为改善Cr12MoV模具钢的表面性能,在淬火处理后对Cr12MoV钢表面进行激光熔凝处理,通过对熔凝层的表面形貌观察、着色探伤检测和金相分析,结果表明,激光熔凝处理可以在该钢表面获得一定厚度、质量较好的熔凝层。但激光熔凝处理淬火Cr12MoV钢,由于淬火应力叠加激光熔凝处理应力,在应力没有得到释放和消除时,在外力诱导作用下,容易在熔凝层与基体的结合部位产生冷脆裂纹;通过采用较长时间的低温回火处理,可以消除内应力,并抑制裂纹生成。因此,对淬火后的Cr12MoV模具钢进行激光熔凝处理时,需要及时进行回火处理,可以较好地解决应力过大问题而产生的裂纹隐患。

高端离心铸造热轧板带工作辊开发和制造技术

以热轧板带离心铸造工作辊产品为代表的高合金材料是铸造工具钢和高合金材质领域应用最广泛、最成熟的大型工业产品之一。我国热轧板带工作辊的研发和制造伴随着钢铁行业的发展突飞猛进,轧辊材质和规格的多样性以及产品可靠性、使用性能和制造能力不断提高。随着新兴技术特别是集成计算材料工程的快速发展和制造业信息化、智能化的变革,离心铸造热轧板带轧辊的开发和生产制造能力得到进一步的提升。本文主要介绍了热轧板带工作辊的发展历史以及市场对新型轧辊的需求,简述了轧辊材质开发和轧辊产品未来发展方向,并且讨论了轧辊制造业发展的趋势。

冲头用M42高速钢的性能研究

针对精冲领域高端冲头依赖进口的现状,河冶科技在冲头用M42高速钢的基础上,围绕成分、组织、制备工艺等几个方面进行研究,开发出了性能更好、寿命更长的冲头专用钢。从影响冲头使用寿命的材料颗粒度、不均匀度、硬度以及热处理等因素中明确了关键指标,并对其进行了评价及控制。结合热力学软件Thermo-Calc对其进行热力学计算,得到了M42钢转变过程中的主要组成相及其溶解温度,Ac1和Ac3计算结果分别为834℃和852℃。结合金相显微镜、扫描电镜等检测手段,分析了冲头专用钢M42的组织,特别是碳化物的尺寸和分布;研究了退火态和热处理态中第二相的析出规律,并评价了性能。结果表明:经过热加工变形和退火后,冲头用钢M42中碳化物均匀细小,淬火温度在1 160~1 180℃时晶粒度控制在9~10级,530~570℃回火后具备优异的强度和韧性。经过合理的热处理,硬度达到66.5~67.5 HRC,无缺口摆锤冲击试验测得的冲击韧性>15 J,满足冲头领域对材料性能的需求。

压铸模开裂原因分析

某厂压铸模在使用2035次后发现裂纹,采用扫描电镜、金相显微镜、化学分析及硬度测定等方法对模具开裂原因进行分析,发现模具用材料有质量问题,材料的化学成分不均匀,组织呈带状分布以及碳化物液析及非金属夹杂不正常等因素,致使该模具产生附加内应力,当模具在冷热循环及机械循环的环境下服役时,在型腔表面的拐角处应力集中部位率先产生裂纹源,再加上型腔表面脱碳等缺陷降低材料的疲劳强度,使微裂纹得以迅速扩展,最终导致模具早期热机械疲劳失效.

响应面法在H13模具钢电弧增材工艺参数优化中的应用

基于响应面法对H13模具钢电弧增材工艺参数进行优化,运用Box-Behnken设计原理和二次回归试验建立工艺参数(焊接电流、焊接速度和送丝速度)与成形尺寸(余高系数和成形系数)的数学模型。结果表明,模型拟合度良好,各参数变量之间存在交互作用,对成形尺寸的影响大小依次为送丝速度>焊接电流>焊接速度,送丝速度与余高系数(r=-0.84)和成形系数(r=0.68)呈现显著相关性。焊接电流202A、焊接速度2.5mm/s及送丝速度125cm/min为最佳工艺参数,此时沉积成形焊缝的余高系数和成形系数分别为6.14和7.86,与模型预测值的偏差仅为2.3%和1.8%。

QDX-HARMOTEX模具钢的特性

淬火回火硬度:在与JIS-SKD61同样的热处理中,QDX-HARMOTEX可获得最高54 HRC的硬度,通过调整回火条件,可以得到压铸模具的一般使用硬度43-48 HRC。韧性:QDX-HARMOTEX具有比JIS-SKD61高的夏比冲击值,在同一试样方向上的冲击值差异小。QDX-HARMOTEX因其良好的冲击特性,抑制了模具使用过程中的裂纹扩展和大裂纹的发生,有利于延长模具的使用寿命。

几种高速钢的氧化脱碳行为

高速钢Ｗ９，Ｍ２，Ｍ２ＡＩ和Ｄ６０６在空气介质中加热时同时产生的氧化层和脱碳层．Ｗ９和Ｄ６０６随时间延长和温度增加脱砂层深度产生峰值；而Ｍ２和Ｍ２ＡＩ未见峰值．分析了产生这些特性的原因并阐述了一些元素对高速钢的氧化和脱碳的影响．

变质M2高速钢中共晶碳化物加热团球化的动力学研究

采用高温淬火、退火等方法研究了变质Ｍ２高速钢中共晶碳化物在加热时的团球化过程．随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物的团球化是通过碳化物层片的聚集与粗化、共晶碳化物网的熔断和球化、晶内二次碳化物的弥散析出与长大实现的；在此基础上建立了共晶碳化物的粗化、聚集和二次碳化物长大的动力学模型，推导出碳化物长大的瞬时速度公式；计算表明，碳化物的团球化受合金元素的扩散速度、碳化物的形貌、加热温度等动力学因素控制；