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钢大型热锻模复合强化工艺研究

对5CrNiMo热作模具钢进行了复合强化工艺(镀镍稀土渗硼→预冷淬火→高温回火)试验。结果表明:该处理工艺可大幅提高5CrNiMo钢的表面硬度、高温抗氧化性、冷热疲劳性能和耐磨性。将该材料和处理工艺用于汽车前轴大型热锻模具,已取得了良好的使用效果。

5CrNiMo钢挤压模具淬火过程的数值模拟

借助ABAQUS有限元分析软件对几何形状复杂的5CrNiMo钢挤压模具淬火过程的温度场及热应力场进行数值模拟。计算综合考虑了非线性的材料热物性参数、力学性能参数、表面换热系数及相变潜热的影响。研究表明,淬火初期,工件表面与心部仅存在较小的温差,随淬火时间的延长,该温差不断增大,淬火约5 s时,该温差达到最大值,此时表面温度虽已降低到192℃,但心部温度仍高达780℃,此后该温差不断减小,淬火约460 s时,工件表面和心部温度趋于与介质相同的温度(20℃);淬火过程的热应力变化在工件内外表现为不同的特点,对于表面和心部节点,其主要表现为:表面先呈拉应力后呈压应力,心部先呈压应力后呈拉应力。

焊后热处理对5CrNiMo钢堆焊熔合区组织及韧性影响

采用药芯焊丝对失效的5CrNiMo热锻模具表层进行堆焊,堆焊后分别进行空冷和400℃×4 h回火处理。利用金相显微镜、显微硬度计及扫描电镜对比分析焊后不同处理条件下的熔合区组织、硬度梯度及冲击韧性。试验结果表明:焊后空冷和焊后回火熔合区组织和性能出现较大的差异性,焊后空冷条件下焊接热影响区出现大量的魏氏组织,熔覆层为大量的片状马氏体和板条马氏体,且熔合区硬度梯度较大;焊后回火处理的焊接热影响区魏氏组织消失,同时熔覆层转变为力学性能较好的板条回火马氏体和回火屈氏体,熔合区断面出现大量较小的韧窝,韧性改善,并且熔合线两侧的最大硬度梯度降低了约60 HV。

5CrNiMo 钢在高温磨损中的动态氧化行为

研究了５ＣｒＮｉＭｏ钢在高温滑动磨损条件下的氧化行为，结果表明：５ＣｒＮｉＭｏ钢在磨损条件下的氧化速度比静态快得多，并且当温度超过６００℃后，氧化膜组成仍以Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３为主而不象静态氧化那样以ＦｅＯ为主．

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。

磨削硬化工艺对5CrNiMo钢组织和性能的影响

采用磨床对5CrNiMo钢进行磨削硬化处理,研究普通刚玉砂轮和碳化硅砂轮、不同进给量、不同磨床及干磨、湿磨对5CrNiMo钢磨削表面硬化层的影响规律。结果得出,在"工具磨床、白刚玉、干磨"磨削条件下采用0.02 mm的进给量,磨削硬化效果最好,磨削硬化层的硬度最大可达到3000 HV。

5CrNiMo钢热锻模开裂原因分析

文章以5CrNiMo钢小型热锻模的开裂为例,具体分析了其化学成分、洛氏硬度、冶金质量、断口形态和显微组织等,特别针对调质后的显微组织对性能的影响进行了相关分析和讨论。最终认为:由于在调质过程中淬火冷却速度较慢,模具未完全淬成马氏体,心部存在一定量的中温转变组织,它导致了模具强度和热稳定性的下降,该模具在刚上模热锻时就发生开裂,这与热处理的目标组织存在差异有密切关系。

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.

激光相变硬化工艺参数对5CrNiMo钢温度场的影响

本文运用ANSYS.有限元软件对5CrNiMo合金工具钢激光相变硬化过程进行数值模拟研究,分析了不同激光工艺参数(激光功率、扫描速度、光斑直径)对激光相变硬化过程温度场的影响,并且预测硬化层深.结果表明,激光表面淬火过程温度场分布经历了非稳态到中间准稳态,然后到最后非稳态三个阶段;温度与激光功率成正比,与光斑直径和扫描速度成反比.工件扫入端与扫出端硬化层分布不均匀,呈现扫入端硬化层浅,扫出端深的特点.

5CrNiMo钢的高温滑动磨损特性

研究了５ＣｒＮｉＭｏ钢在４００℃、５００℃、５５０℃及６００℃等不同温度下的滑动磨损行为，利用扫描电镜、波谱仪及Ｘ射线衍射仪对磨损面形貌及成分进行了分析。结果表明：５ＣｒＮｉＭｏ钢的磨损机制随温度而异，表面氧化膜有减摩、抗磨作用。

钒对5CrNiMo钢铬钒共渗组织与性能的影响

研究了对5CrNiMo热模具钢进行铬钒共渗时,渗剂中钒含量对钢渗层组织和性能的影响.试验表明,采用适当的渗剂成分和共渗工艺,可获得具有优良的耐磨性与抗高温氧化性的渗层.

5CrNiMo钢碳氮共渗—强韧化复合处理的热磨损性能

利用二次回归正交设计法制订钢的碳氮共渗一强韧化复合处理工艺,用自制的直接通电式高温磨损试验机进行试样的热磨损试验,给出了工艺优化的结果。对磨面进行了扫描电镜和电子探针观察分析。结果表明,经复合处理的试样,主要是发生形成层磨损;当工艺参数间取得最佳配合时,磨损抗力最大,为常规处理的2.4倍。

挤压铸造锻模用5CrNiMo合金钢的熔炼技术

采用挤压铸造工艺生产 5CrNiMo合金钢锻模 ,具有良好的应用前景 ;通过工程实践 ,总结了挤压铸造用 5CrNiMo合金钢的熔炼工艺要点 ,为发展锻模挤压铸造生产提供实际依据。

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。

RE与Ti复合变质对铸造5CrNiMo模具钢组织和性能的影响

研究了稀土(RE)与Ti复合变质对5Cr Ni Mo模具钢铸态和热处理组织与性能的影响。结果表明,变质和未变质5Cr Ni Mo铸锭宏观组织由表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶组成,RE、Ti变质缩小柱状晶区宽度、细化中心等轴晶,0.02%RE+0.10%Ti变质使柱状晶宽度与铸锭半径之比由未变质的0.48降低至0.28,中心等轴晶尺寸从1 700μm细化至200μm,RE变质减少钢中Mn S夹杂物数量,并使偏析于晶界的Ti C由杆状转变为粒状。经过900℃×2h+570℃×2 h调质处理后,5Cr Ni Mo钢的组织为回火索氏体,索氏体保留了原马氏体形态。相较于未变质,RE与Ti复合变质试样调质态抗拉强度提高10.7%,达到1 232 MPa,伸长率和硬度分别为16.4%和35.6 HRC。RE与Ti复合变质,细化晶粒,增加回火过程中晶内析出相的数量,产生沉淀强化作用。

RE与Ti变质铸造5CrNiMo模具钢的高温磨损行为

研究了RE与Ti变质铸造5CrNiMo模具钢从室温～600℃的磨损行为,采用SEM、EDS和XRD等对磨损表面和截面形貌,以及磨屑形貌与成分进行了分析,探讨了其高温磨损机制。结果表明,随着温度升高,铸造5CrNiMo模具钢的摩擦系数先降低后升高,RE变质与(RE+Ti)复合变质钢在300℃、未变质和Ti变质钢在450℃时摩擦系数出现最小值。变质与未变质铸造5CrNiMo模具钢的磨损失重随温度升高先增加,当温度超过300℃后开始下降;相对于未变质试样,RE变质、Ti变质和(RE+Ti)复合变质试样的最大磨损失重分别下降了14.3%、27.5%和30.5%。高温磨损试样表层氧化产物为Fe_2O_3和Fe_3O_4,疲劳裂纹引起的剥落磨屑为块状及少量长片状氧化物。当温度低于150℃时,(RE+Ti)变质5CrNiMo钢的低温磨损机制为犁削磨损和磨粒磨损,300℃时为粘着磨损和氧化磨损,当温度超过450℃后,磨损机制转变为氧化剥落磨损和疲劳磨损。

电渣熔铸5CrNiMo钢的力学性能研究

研究了用 5CrNiMo废旧模具钢电渣熔铸后材料的力学性能。结果表明 ,由于电渣熔铸时电渣重熔及控制凝固的双重作用 ,该钢纯净度高 ,组织细密 ,无论是热强性 ,还是相同硬度下的冲击韧度、塑性均达到甚至超过常规5CrNiMo锻钢。采用电渣熔铸制造的热锻模具提高了性能 ,降低了成本。

5CrNiMo钢激光熔覆再制造涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术,在5CrNiMo钢表面制备了耐磨铁基梯度涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究了沉积态和热处理后的不同M2含量的Fe1涂层的物相组成、微观组织和显微硬度。结果表明:含M2组分的涂层热处理后硬度提高,沉积态涂层的物相主要为γ-Fe(Cr-Ni-Fe-C)和[Fe,Ni]固溶体,热处理后α-Fe(Fe-Cr)和(Cr,Fe)_(7)C_(3)相含量增多。涂层主要由Fe和Cr元素组成,晶界富含Mo、Cr、V和Mn等元素。热处理后涂层中析出了大量弥散强化相,耐磨性提升了约1.3倍。优选耐磨层配比为20%M2,中间层和连接层配比为10%M2,热处理工艺为900℃保温1 h后空冷或水冷。优选配比的多层熔覆涂层组织致密,无裂纹和气孔等缺陷,磨损试验结果表明不同成分的涂层磨损率接近。