H13钢模具冲头早期断裂原因

在对某钻杆接头进行锻造加工时,H13钢模具冲头发生早期断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、硬度测试、金相检验等方法分析其早期断裂原因,并结合实际工况,对断裂冲头进行有限元热模拟试验。结果表明:冲头断口呈塑性断裂特征,在接头冲模成型时,冲头在接头内部停留时间过长,使冲头温度超过700℃,内部组织发生了转变,强度急剧降低,最后导致冲头发生拉拔塑性断裂现象。

预回火工艺对H13钢组织和性能的影响

对淬火后H13钢进行620,640,660,680℃下保温10,20,40min的预回火与600℃保温120min回火处理,并以常规回火(二次600℃保温120min回火)为对照,研究了预回火工艺对H13钢组织和性能的影响。结果表明:随着预回火温度提高或保温时间延长,H13钢中马氏体分解程度增加,残余奥氏体数量减少,析出碳化物尺寸增大,位错密度降低,H13钢的硬度降低,冲击吸收功增大;与常规回火相比,620,640℃下预回火10~20min+600℃回火后H13钢的位错密度更高,660,680℃下预回火10~40min+600℃回火后H13钢的的位错密度更低,660℃下预回火10~40min+600℃回火处理可以同时提高硬度和冲击韧性,其原因是较低位错密度和较小尺寸回火析出相的共同作用。

激光硬化与渗氮复合处理H13钢组织与性能

通过激光淬火/离子渗氮复合方法对H13钢进行表面改性处理,从而提高其表面的性能.利用X射线衍射技术、光学显微观察、扫描电子显微观察、能谱分析技术、显微硬度和纳米测试系统以及高频往复磨损试验,分别研究了离子渗氮、激光淬火、以及激光淬火与离子渗氮复合处理对H13钢改性层组织结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响过程和影响机理.结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的综合性能.和单一渗氮处理相比,复合处理改性层硬度和有效硬化层深度分别从1180 HV和80μm提高至1360 HV和550μm,摩擦系数和磨损率分别从0.68和5.78×10^(-8)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)降低至0.59和1.35×10^(-8)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1).试样的硬度和耐磨性显著增加,平均摩擦系数明显降低.

氮氢比对H13钢离子渗氮组织和耐磨性能的影响

针对H13钢离子渗氮精密热锻模具出现早期疲劳裂纹或龟裂问题,开展温度520℃、气压250 Pa、不同氮氢比条件下的离子渗氮试验,以考察渗氮气氛中氮氢比对渗层组织及耐磨性能的影响规律。利用X射线衍射仪、共聚焦显微镜、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析不同氮氢比渗氮后渗层的相结构、显微组织、显微硬度及耐磨性能。结果表明:渗氮时间3 h、氮氢比为1∶3、1∶4、1∶5时,渗层物相主要由ε-Fe_(2-3)N、γ′-Fe_(4)N、α_(N)-Fe(N)相组成,氮氢比为1∶8时渗层物相主要为γ′和αN相;渗层深度及硬度随渗氮气氛中氮浓度降低而减小,氮氢比为1∶8时,延长渗氮时间可增加渗层厚度,在60μm渗层深度内硬度可达800~900 HV_(0.1)。氮氢比为1∶3、1∶4的渗层的磨损机理以疲劳磨损为主;氮氢比为1∶5、1∶8的渗层的磨损机理以磨粒磨损为主。采用氮氢比为1∶8对H13钢进行离子渗氮,渗层中无化合物层和脉状组织,渗层可获得适中的硬度和较佳的韧性,具有较好的耐磨性能。

激光熔化沉积H13钢微观组织及力学性能研究

激光熔化沉积技术在模具修复行业有着巨大应用前景,而沉积部件的微观组织和力学性能随激光参数变化的规律对模具修复工艺窗口的选择具有重要意义。采用激光熔化沉积技术制备了H13钢,研究了不同激光功率和扫描速度下H13钢沉积层微观组织演变及其对力学性能的影响。结果表明,激光功率一定时,随着扫描速度由400 mm/min增加到600 mm/min,马氏体尺寸细化,含量增加,沉积层的硬度提高约3%、塑性降低约1%,而强度先增加后减少;缺陷增多导致其与基体的结合强度下降约20%。扫描速度一定时,随着激光功率由1800 W增加到2200 W,马氏体尺寸增大、含量减少,沉积层硬度降低约5%,强度和塑性分别提高约34%和2%;同时缺陷减少使得结合强度提高约58%。

电火花加工对H13钢表面完整性及力学性能的影响

对H13钢进行电火花加工,研究了电火花加工对其微观形貌、物相组成、残余应力、显微硬度和冲击性能的影响。结果表明:电火花加工后H13钢表面出现熔融颗粒、陨石坑、孔洞、微裂纹等缺陷,截面分为白亮层、热影响区、回火区和基体;白亮层中存在柱状晶、柱状树枝晶、等轴晶、共晶组织等,显微组织包括马氏体、残余奥氏体、Fe_(3)C、Fe_(7)C_(3)、(Cr,Fe)_(7)C_(3)、Fe_(0.3)Mn_(2.7)C等相;相比基体,白亮层中的碳元素和残余奥氏体含量增加;电火花加工后H13钢表层的残余应力和显微硬度均高于基体,且随着距表面距离增加,均先增大后减小,最大分别为575 MPa、647.3 HV;电火花加工后H13钢的冲击功比磨削加工后下降了35.56%,冲击断口出现大量撕裂棱,还有韧窝、解理面、大尺寸剥离面,为准解理断裂。

不同表面处理下H13钢的高温摩擦磨损行为

为研究H13钢在抛丸和喷砂处理下高温摩擦磨损行为,利用UMT-3高温摩擦磨损试验机、扫描式电子显微镜、能谱仪和三维共聚焦表面轮廓仪等设备分析了H13钢在不同温度下的摩擦因数、磨面形貌、磨痕成分、磨损体积及磨痕深度。结果表明,抛丸和喷砂处理的H13钢表面硬度和粗糙度均比未处理的高。喷砂处理的试样在磨损前期摩擦因数波动小,更早进入稳定摩擦阶段。620℃时磨损体积由未处理的6×10^(-3)mm^(3)降低至喷砂处理的4×10^(-3) mm^(3),最大磨痕深度由40.423μm减小至16.837μm。未处理和抛丸处理的磨损机制分别为磨粒磨损和氧化磨损,喷砂试样中O元素含量大幅度降低,加工硬化效应使抵抗犁削和变形能力增强,磨损机制为氧化磨损和粘着磨损共同作用。经抛丸和喷砂处理的耐磨性能均比未处理要好,且喷砂处理的耐磨性能最佳。

H13钢激光淬火与离子渗氮复合工艺研究

为了提高热作模具钢的表面性能,研究了激光淬火、离子渗氮以及激光淬火/离子渗氮复合处理工艺对H13钢改性层的摩擦磨损性能和耐蚀性能的影响及影响机理。采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备对不同工艺热处理试样表面形貌、表面化学成分以及微观组织进行表征。结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的摩擦磨损性能,提高材料表面的耐蚀性。和单一激光淬火和单一渗氮处理相比,复合处理后改性层的平均摩擦系数明显降低,自腐蚀电位明显提高,表明复合处理后改性层的耐磨性显著增加,耐蚀性明显提升。

铌含量对H13钢微观组织和性能的影响

采用金相显微镜和硬度仪,研究了铌含量对H13钢组织和硬度的影响。结果表明,在860℃退火后,随铌含量的增加,均匀而细小的颗粒状或球状碳化物分散在微铌H13钢铁素体基体上,晶粒不断细化,组织更加均匀。在860℃下等温球化退火后,硬度随铌含量的增加而增大,铌含量为0.10%的试样硬度最大,硬度达74.2 HRC。

H13钢表面激光熔覆的研究现状

综述了国内外H13钢表面激光熔覆的研究现状,从影响激光熔覆层组织和性能的角度着手,详细阐述了激光工艺参数、熔覆粉末对熔覆层性能的影响,介绍了激光熔覆技术的优化措施:仿真模拟技术、超声辅助技术、后热处理技术,并在文末提出了H13钢表面激光熔覆技术存在的问题及未来发展方向。

H13钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的显微硬度及耐磨性影响

目的 提高H13热作模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法 通过多弧离子镀技术,分别对未经热处理的H13钢、淬火H13钢以及氮化H13钢的表面进行多弧离子镀沉积Cr Al N涂层,并分别对这3种基体上的Cr Al N涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行研究。结果 涂层表面均较为平整,且出现了白色小颗粒。经过淬火和氮化处理后,H13钢Cr Al N涂层的显微硬度达到3 300HV以上,达到基体的14倍多。与基体的摩擦系数相比,淬火和氮化处理后,H13钢的摩擦系数比基体低,镀膜后的摩擦系数比基体高。氮化H13钢表面Cr Al N涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损共同作用,淬火H13钢的Cr Al N涂层磨损机理主要是黏着磨损;淬火和氮化后H13钢基体上CrAlN涂层的耐磨性均得到较大的提高。

热轧态H13钢调质工艺参数模拟计算与实验验证

利用JMatPro软件,模拟计算得到热轧态H13钢平衡相组成、奥氏体连续加热转变(continuous heating transformation diagram of austenite,TTA)曲线图、过冷奥氏体连续冷却转变(continuous cooling transformation diagram,CCT)曲线图、淬透性曲线、碳化物和相转变曲线;结合性能要求,确定H13钢的调质工艺参数范围,并进行实验验证。实验结果表明:H13钢经1 050℃淬火后得到的最高硬度为53.4洛氏硬度(Rockwell Hardness C,HRC),50 mm处仍保持45 HRC以上的较高硬度;H13钢随着冷速的提升强度和硬度略有升高;现企业选用的工艺参数(1 050℃+45 min淬火,630℃+100 min回火)可行。

原位自生NbC/H13钢复合材料抗磨损性能研究

H13钢作为盾构机刀圈材料,主要用于破碎坚硬岩石。在盾构机掘进过程中,刀圈的磨损是不可避免的,过度的磨损会导致掘进效率的降低,增加施工风险。为了提高H13钢的耐磨性,采用重力铸造原位自生的方法,制备了体积分数为1%、3%、5%的原位自生NbC/H13钢复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜对复合材料的物相组成与组织结构进行分析,使用冲击试验机、三体磨料磨损试验机对不同体积分数NbC/H13钢复合材料的冲击韧性、磨料磨损性能进行研究。结果表明,制备的复合材料组织致密,NbC增强相在基体中弥散分布。随着增强相体积分数提高,增强相的形态由网状逐渐向小棒状和颗粒状转变;复合材料的冲击韧性值随着增强相的体积分数提高逐渐下降,当NbC含量在5%(体积分数)时,冲击韧性到最小值6.5 J;三体磨料磨损结果表明,随着NbC体积分数的增加,有效减少磨料对钢基体的磨损,从而进一步提高了复合材料的耐磨性,与基体材料相比,耐磨性提高了2.1倍。

激光熔覆沉积H13钢的组织及力学性能

利用激光熔覆沉积(LCD)增材制造技术成功制备了H13钢,表征了其物相和显微组织,同时对比分析了LCD成型H13钢与铸造H13钢的硬度、耐磨性、拉伸性能和断口形貌。结果表明,LCD成型H13钢低倍下纵截面组织形貌呈鱼鳞状分布,熔道搭接界面处为较粗大的柱状晶组织,熔道中部组织沿热源逆向生长,呈细小枝晶分布,LCD成型H13钢主要组织为针状马氏体、残余奥氏体以及少量碳化物;LCD成型H13钢的平均显微硬度是铸造H13材料的2.76倍,达到652.5 HV0.2,耐磨性能相比铸造H13钢提升至1.5倍以上。LCD成型H13钢的抗拉强度明显高于铸造H13钢的,达到1670.7 MPa,伸长率却显著降低,拉伸断口呈明显的脆性断裂特征。

H13钢模具表面裂纹原因分析

针对H13钢模具在生产加工过程中出现表面裂纹缺陷,对断裂试样进行了化学成分分析、金相组织观察、能谱分析等检测。试验结果表明,H13钢模具表面裂纹是由于淬火工艺不当产生的表面淬火裂纹。

中南股份高洁净H13钢生产实践

通过跟踪H13钢不同冶炼过程夹杂物演变规律,结合热力学计算,确认了中南股份H13钢洁净度差的主要原因。通过采取提高转炉出钢碳含量、优化炉后铝合金加入量、改善LF炉底吹氩气控制、延迟RH真空处理时间、取消钙处理等工艺措施,实现了高洁净度H13钢的连续生产,满足了韶钢H13钢高纯净度的质量控制要求。

H13钢挤压筒、模具磨损失效行为分析

难变形合金热挤压过程中H13钢挤压筒和模具表面发生了严重的磨损失效。采用扫描电子显微镜、电子能谱和光学显微镜技术对挤压筒和模具表面形貌、截面特征、成分变化、金相组织进行了表征,对H13钢的磨损失效原因进行了综合分析。结果表明:热挤压过程中H13钢挤压筒和模具表面具有不同的磨损行为,挤压筒磨损机制为磨料磨损、犁沟磨损、氧化磨损,而模具表面没有磨料磨损,但出现了疲劳磨损;热挤压过程中H13钢亚表面发生了内部氧化,氧化层分为两层;H13钢表面在热挤压过程中表层晶粒发生了细化,晶界为内氧化和裂纹的萌生扩展提供了形核点。

RE对铸造H13钢凝固组织及冲击韧性的影响

研究了 RE变质剂对铸态 H1 3钢凝固组织和冲击韧性的影响。结果表明 ,变质处理使铸态 H1 3钢的合金元素偏析现象明显减弱 ,白亮带 (碳及合金元素高浓度区 )由网状分布转变为少量孤岛状分布。与未变质H1 3钢相比 ,经过淬火、回火处理后的变质 H1 3钢中无晶界碳化物析出 ,冲击韧性大幅度提高。

H13钢碳、氮、氧、硫、硼五元共渗层的性能研究

研究了H13钢经氮、碳、氧、硫、硼五元共渗后的性能。结果表明 ,由于多元共渗后渗层存在多种化合物 ,从而使H13钢的热稳定性、热疲劳抗力、耐磨性等得到明显改善 。

H13钢氧化磨损行为的研究

采用销盘式磨损试验机,对H13钢在室温、200和400℃和不同载荷条件下进行干滑动磨损试验,研究了钢的磨损行为及磨损机制.结果表明:在室温至400℃之间,200℃时钢的磨损率最低,其次为室温下的磨损率,400℃时磨损率最高.室温下钢的磨损率随载荷的提高而增加,磨损表面氧化物较少,其磨损机制主要为黏着磨损;200℃时的磨损行为极为特殊,随载荷从50增至100 N时,磨损表面出现较厚的氧化物层,故磨损率降低,载荷从100增至200 N时磨损率略提高,且显著低于室温和400℃时的磨损率,呈轻微氧化磨损特征.当环境温度达到400℃时,虽然磨损表面发生了明显的氧化,但随载荷的提高,导致基体塑性变形和热软化,导致磨损表面氧化物层剥落量增大,磨损率提高;当载荷超过150 N后材料的磨损机制由轻微氧化磨损转变为氧化磨损和塑性挤出磨损,磨损率迅速提高,为严重磨损.