5CrNiMo圆环模具开裂失效分析

某5CrNiMo圆环模具热处理后在机加工过程中发现开裂。对失效模具进行了宏观、微观断口分析,显微组织分析、微区成分分析、硬度检验,综合分析了模具失效原因。结果表明:材料在锻造过程中产生折叠,存在局部氧化皮卷入,导致锻造裂纹;材料化学成分不均匀,形成了低硬度的铁素体+珠光体组织。由于组织不均匀,很容易产生不平衡的内部应力,使得两相交界处成为裂纹源。沿裂纹两侧分布大量孔洞,怀疑该模具材料为钢锭头尾料。

Effects of Lanthanum on Mechanical Properties of 5CrNiMo Forging Die Steel

The alteration of the strength, hardness and impact ductility of 5CrNiMo steel using three different additions of RE La element is studied in this paper. The mechanical properties of 5CrNiMo steel with RE La additions are be compared with that of the 5CrNiMo steel on the same heat-treatment condition without RE La element addition. The results show that the strength, hardness and impact ductility of 5CrNiMo steel will be improved obviously when the content of RE La element is proper, and as the content of RE La element is 0.033%(mass fraction), the 5CrNiMo steel has the best mechanical properties.

5CrNiMo模具钢堆焊过渡层+强化层材料的组织和力学性能研究

采用药芯焊丝在5CrNiMo模具钢基体上进行堆焊试验,对直接堆焊强化层材料和堆焊过渡层+强化层材料时各堆焊界面的组织,显微硬度,堆焊试样力学性能,熔合区化学成分进行了对比分析。结果表明:堆焊过渡层能有效改善基体、过渡层及强化层堆焊界面的显微组织;形成一个新的二级硬度梯度,使基体到强化层金属的过大硬度梯度得到明显减缓,实现了组织、硬度与合金元素的合理过渡。堆焊试样的抗拉强度得到明显提高。

基于激光熔覆的5CrNiMo模具修复研究

选用含稀土Y的合金粉末,采用同步法激光熔覆工艺方法对失效的5CrNiMo模具进行了修复,并进行了显微组织、硬度、耐磨性和抗高温氧化性的测试与分析。结果表明,同步法激光熔覆技术可以实现5CrNiMo模具的成功修复,含稀土Y的合金粉与5CrNiMo基体形成了良好的冶金结合;此外,模具的表面硬度、耐磨性和抗高温氧化性因此而分别提高了40.2%、85.7%和86.3%。

QPQ技术对5CrNiMo热锻模具钢组织及性能的影响

运用QPQ盐浴复合处理技术对5CrNiMo热锻模具钢进行表面改性处理,分析了盐浴渗氮对模具钢的渗氮层深度、显微硬度、耐磨性和抗腐蚀性的影响及渗氮层显微组织特征.实验结果表明,5CrNiMo热锻模具钢经QPQ盐浴技术处理后,表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性较渗氮前有较大的提高,且渗氮时间以2～3 h效果最好.

微量合金元素对5CrNiMo钢淬透性的影响

设计了一种测定高淬透性钢淬透性的加压块端淬试验法,与标准端淬试验法对照进行了仔细的研究,论证了该方法的合理性和实用性。采用这种新方法成功地对国内外五种 5CrNiMo 钢进行了淬透性对比研究。结果表明:在 5CrNiMo 钢中加入0.11％的钒,并把铬钼含量控制在标准上限能有效地提高其淬透性;经改进后的国产 5CrNiMo钢的淬透性已经赶上和超过德国、日本同类钢的实物水平。

5CrNiMo热作模具CO_2气体保护焊修复用药芯焊丝研制

开发了用于5CrNiMo热作模具修复的药芯焊丝,用高速摄影观察NaF含量对焊接电弧稳定性的影响,并对堆焊层金属组织和力学性能进行测试分析。结果表明,当药芯粉中加入质量分数为1.5%的NaF作为稳弧剂时,焊接过程最稳定,产生的焊接飞溅最少且以小颗粒飞溅为主;优化后的焊丝堆焊获得的堆焊层表面无焊接缺陷;堆焊层金属主要为马氏体,硬度高于锻造5CrNiMo热作模具钢;在600℃高温环境下,堆焊层金属强度与室温强度相当,高温稳定性好;堆焊层金属在600℃的磨损率比锻造5CrNiMo热作模具钢低18.75%,可用于模具钢的堆焊修复。

热锻模具钢5CrNiMo表面堆焊及焊后热处理的组织和高温摩擦磨损性能

为了解决汽轮机叶片热锻模具在高温下发生磨损和热疲劳而导致失效的问题,采用CMT焊机在失效的热锻模具钢5CrNiMo表面进行堆焊修复,焊材选用H30CrMnSiA低合金钢气体保护焊焊丝,焊后对试样进行550℃的回火处理。采用扫描电子显微镜、金相显微镜、拉伸实验机、维氏硬度计以及高温摩擦磨损试验机等仪器研究堆焊试样的组织和高温性能。结果表明,采用回火热处理能有效解决熔合线附近的贫碳问题,提高焊接接头的拉伸强度。室温20℃条件下,H30CrMnSiA堆焊层的摩擦系数和磨损率均略高于母材5CrNiMo,但在500℃高温摩擦条件下,由于摩擦表面形成具有润滑效果的氧化层,堆焊层的摩擦系数与磨损率均降低,而母材在高温条件下则发生软化,摩擦磨损性能急剧变差。采用H30CrMnSiA焊丝堆焊5CrNiMo模具并进行高温回火处理,可以增加模具的高温摩擦性能,显著提升模具的整体使用寿命。

5CrNiMo模具钢的热处理新工艺研究

对深冷处理后的5CrNiMo模具钢进行了不同温度的回火处理,研究了100~600℃不同回火温度对钢组织、硬度、耐磨性及韧性的影响。结果表明在100~300℃低温回火处理时组织主要为粗大的片状马氏体,硬度较高但耐磨性较低,冲击韧性较差,断口中出现大面积的平整断裂面,脆性较高。当回火温度超过300℃时,组织发生转变,硬度有所降低,但耐磨性及冲击韧性明显提高;当回火温度为500℃时,粗大的片状马氏体消失,组织为细小的隐针状马氏体,耐磨性较高;当回火温度达到600℃时,组织主要为细小的粒状回火索氏体,同时冲击韧性达到峰值,断口中出现大量较小较深的断裂韧窝,硬度及耐磨性降低。深冷后500℃回火有利于提高5CrNiMo模具钢的综合力学性能。

提高5CrNiMo模具钢力学性能的研究进展

5CrNiMo钢是传统的低合金热作模具钢,具有良好的韧性、强度以及高的耐磨性,但高温下热稳定性差,强度低,只在普通热锻模中广泛应用,而且使用寿命不长。为了提高5CrNiMo使用寿命,必须提高其力学性能。介绍了提高5CrNiMo钢力学性能的主要方法和途径,分析总结了常用方法(合金化、变质处理、热处理、表面处理)提高5CrNiMo钢的研究现状及不足之处,阐述了5CrNiMo钢研究中存在的问题,展望了5CrNiMo钢的发展趋势。

5CrNiMo模具钢的强韧化热处理工艺研究

对5CrNiMo模具钢分别采用820~940℃不同淬火温度处理,对比分析了不同淬火温度对其组织、耐磨性以及冲击韧度的影响规律。结果表明,820~880℃温度范围内淬火时,随着淬火温度的提高,基体中的孪晶马氏体及残留奥氏体逐渐减少,板条状马氏体及粒状碳化物逐渐增多,耐磨性及韧性逐渐提高,冲击断面逐渐形成较小较深的断裂韧窝。当淬火温度达到880℃时,基体表现为板条马氏体及均匀分布的粒状碳化物,耐磨性及韧性最佳。900~920℃淬火时,随着淬火温度提高,基体中的残留奥氏体逐渐增多,粒状碳化物逐渐减少,耐磨性及冲击韧度降低。

5CrNiMo模具钢低温渗硫热处理的磨损性能研究

主要研究了采用低温渗硫工艺处理后的5CrNiMo模具钢的磨损性能。通过采用离子化学热处理炉对模具钢进行渗硫处理,获得了厚度为15%μm左右的渗硫层;通过采用球盘摩擦磨损试验对渗硫层的磨损性能进行了分析研究;利用扫描电镜（SEM）观察了渗硫层的微观形貌特点;采用X射线衍射仪（XRD）分析了渗硫层的相结构特征。试验结果表明：通过渗硫处理后的5CrNiMo模具钢的磨损性能获得了明显提高。

5CrNiMo钢锻模液态模锻工艺试验

采用液态模银代替自由锻造生产转向螺母5CrNiMo锻模，给出了其下模结构设计参数，介绍了5CrNiMo合金液态模锻工艺参数取位范围，分析了制件的质量。

5CrNiMo动叶锻模的热处理

动叶锻模是在高温下通过冲击加压强迫炽热的坯料成为模锻动叶的工具。随着汽轮机制造技术不断发展,动叶型线发生了变化。锻模型腔深度增加,型腔与锻模平面部分区域的变化角度变陡,导致近段时间锻模在动叶模锻时发生了较严重的变形,严重影响锻模使用寿命。经分析,产生上述问题的原因是模具金相组织中存在大量的残余奥氏体。为此,专门对5CrNiMo材料的热处理工艺进行了分析。通过制定合适的工艺,成功解决了残余奥氏体的问题,延长了模具的使用寿命。

5CrNiMo钢锻件热处理工艺分析研究

5CrNiMo钢经过热处理后容易产生白点,且材料的热强性、耐磨性和回火稳定性较差,分析表明,通过适当调整淬火后冷却方式以及优化回火参数,可以获得比较好的性能指标。

稀土对模具钢QPQ渗层组织和性能的影响

研究了5CrNiMo模具钢经不同浓度稀土QPQ处理后的组织和性能,在QPQ处理过程中加入适量稀土化合物LaCO3对5CrNiMo钢进行表面改性处理。利用扫描电镜(SEM)分析了5CrNiMo处理后的表面金相显微组织和表面形貌、氮化层深度,采用401MVA型显微维氏硬度计测量试样显微硬度,在M-2000型磨损试验机上进行滑动磨损试验。结果表明,QPQ处理加入适量的稀土不仅有明显的催渗作用,而且能提高5CrNiMo钢的硬度及耐磨性。

平衡肘大型锤锻模热处理工艺改进

通过对5CrNiMo钢制平衡肘大型锤锻模失效原因分析,得出了模具热处理后组织不合格是模具使用寿命较低的主要原因。通过增加正火工序细化模具毛坯晶粒并消除网状、链状碳化物,改进调质热处理工艺,提高淬火加热温度,获得了以板条马氏体为主的淬火组织,从而提高了模具的强韧性和断裂韧性,延长模具使用寿命。

钒锶添加对5CrNiMo热作模具钢热疲劳性能的影响

采用不同的钒锶添加量及钒添加方式,制备了5Cr Ni Mo-V-Sr热作模具钢试样,并进行了热疲劳性能的测试与分析。结果表明:钒锶添加量及钒添加方式均对试样热疲劳性能产生影响;与不添加钒锶相比,添加0.5%V-0.5%Sr试样的热疲劳裂纹级别由7级变为2级,热疲劳性能得到明显改善;与Fe V40合金添加方式相比,以纯金属钒添加方式制备的试样热疲劳裂纹级别由3级变为2级,热疲劳性能得到提高。5Cr Ni Mo热作模具钢的钒和锶添加量均应优选为0.5%,钒的添加优选为纯金属钒添加方式。

某汽车曲轴热锻模喷丸强化

为延长5CrNiMo钢热锻模具的服役寿命,提出了喷丸强化工艺。首先,通过喷丸过程的仿真模型和实验验证,确定了最佳喷丸工艺参数,即钢球直径为Φ0.6 mm、喷丸速度为75 m·s^(-1)、覆盖率为150%,并分析了参数对残余应力分布的影响。其次,对比分析了未喷丸处理和最佳工艺参数下喷丸处理后的5CrNiMo钢试样,结果表明,喷丸处理后的试样表面硬度增加了约10%,相比于未喷丸处理试样,喷丸处理试样的摩擦因数显著降低、耐磨损性明显提高。这是由于凹痕吸附的大量石墨形成了石墨隔离层,使得金属表面直接接触面积减小。最后,将最佳喷丸工艺应用于某汽车曲轴终锻模具生产实践,结果表明,未喷丸处理的模具在服役6000件次后表面存在大量的压塌、疲劳裂纹及过量磨损,而喷丸处理后的模具表面未出现这些缺陷,寿命提高约50%。