Mg对热作模具钢H13组织和力学性能的影响

试验钢的生产流程为2t中频感应炉-200kg电渣重熔（中180mm）-退火-镦粗至中325mm-球化退火-1050℃淬火．590℃回火，炉冷。试验研究了0—0．0010％Mg对热作模具钢H13（／％：0．40—0．41C、0．98～1．01Si、0．29Mn、4．95—5．08Cr、1．21—1．22Mo、0．91—0．93V、0．023—0．027P、0．006—0．007S）组织和力学性能的影响。结果表明，随钢中Mg含量由0提高至0．0010％时，试验模具钢H13的平均抗拉强度和HRC硬度值分别从1617．6MPa和45．7提高至1702．9MPa和47．8；Mg可以增加钢中回火马氏体的稳定性，高温回火后含Mg模具钢H13的组织中出现大量回火屈氏体，而且部分碳化物在Mg·AI夹杂物周围析出，成球形，尺寸小于10μm，有利于改善钢的性能。

转炉连铸生产热作模具钢H13的工艺实践

介绍了鞍钢开发的热作模具钢H13的工艺流程,包括采用转炉双联冶炼、大罐合金烘烤、LF高碱度精炼渣、连铸弱二冷水控制等工艺措施。实践表明,H13钢转炉连铸连轧生产工艺可行,其成分、纯净度和低倍组织均达到了用户及NADCA#207-2003标准要求。

40tEBTEAF-LF-VD-铸锭工艺冶炼模具钢H13的洁净度分析

试验用热作模具钢H13(/%:0.36~0.38C、0.36~0.38Mn、0.89~0.91Si、0.007~0.010P、0.006~0.011s、5.10~5.15Cr、1.12~1.18Mo、0.84~0.89V)的冶炼工艺流程为40 t偏心炉底出钢电弧炉-钢包炉精炼-VD处理4.65 t铸锭工艺。通过对各冶炼工序钢水的总氧和氮含量-T[O]和[N]的分析以及钢中夹杂物的形貌和组成的分析,研究了该工艺流程生产的H13钢的洁净度。结果表明,经LF-VD精炼后H13钢中的平均总氧含量-T[O]为22×10^(-6),平均氮含量-[N]为95×10^(-6);Φ200 mm锻坯中夹杂主要以脱氧产物氧化铝为主,同时含有硫化锰等硫化物和偏析产生的氮化物;夹杂物尺寸集中在5μm左右,较大尺寸的夹杂物为10μm左右。采用该流程冶炼的H13钢可以满足对该钢种洁净度的要求。

La处理对H13热作模具钢中夹杂物的影响

采用真空感应炉熔炼H13模具钢,在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭,研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明,La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果,随La含量的提高,夹杂物的数量呈上升趋势,夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时,H13钢中夹杂物主要为Al_(2)O_(3)和MnS;当H13钢中w[La]为0.016%时,钢中夹杂物以La_(2)O_(2)S为主;当w[La]为0.045%和0.073%时,钢中夹杂物主要为LaP和La_(2)O_(2)S。热力学计算表明,在1600℃下钢液中,La处理后夹杂物的转变过程为Al_(2)O_(3)→LaAlO_(3)→La_(2)O_(2)S。在凝固过程中,钢液中首先析出La_(2)S_(3),当温度继续降低,LaP开始在La_(2)S_(3)和La_(2)O_(2)S表面析出,最终形成复合夹杂物La_(2)O_(2)S-LaP和La_(2)S_(3)-LaP。

H13热作模具钢热处理工艺研究

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及拉伸试验等设备研究了不同淬火温度和回火温度对H13热作模具钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过进行二次回火处理,并适当降低回火温度,可以有效地析出更多细小、弥散分布的碳化物,并充分释放淬火应力。H13热作模具钢的硬度和强韧性得到了显著提升。在淬火温度为1 000℃、回火温度为520℃进行二次回火时的力学性能较好,回火马氏体尺寸较小,组织分布更均匀。此条件下的硬度为487 HV,抗拉强度可达到1 779 MPa,伸长率为11.5%。通过拉伸断口形貌的分析可看出,经过回火工艺处理后的样品断口呈现出大量的韧窝,其断裂特征表现为典型的韧性断裂。此外,还对H13钢在520~600℃回火过程中的软化行为进行了动力学建模。

H13模具钢电子束选区熔化热行为的模拟研究

为了提高H13模具钢在电子束选区熔化技术过程中成型件的表面质量,并探明其成型过程缺陷问题的原因,文章基于离散元法建立了随机分布的金属粉末床模型,对熔体的热流体动力学行为进行数值模拟。单道结果表明,当电子束功率从600 W提高到1 080 W,扫描速度为1.5 m/s时,单道熔池平均深度从15.2μm增加到49.2μm,单道熔池宽度从79.2μm增加到140.1μm,同时发现电子束功率为960 W,单熔道形貌表面质量最好。双道结果表明,Z型扫描路径会导致熔道的一端形貌粗糙,S型扫描路径熔道内易形成热量累积现象。当电子束能量较低时,会出现球化效应和单道不平直现象。当电子束能量较高时,熔道易出现热量累积现象,影响后续的熔道形貌和尺寸。

基于遗传算法NSGA-Ⅱ的H13模具钢深孔加工参数优化

针对枪钻深孔钻削H13模具钢刀具磨损快、加工温度高的问题,以枪钻切削速度、进给量、外刃第一后角为优化对象,并以钻削轴向力和刀具温度为评价指标,设计了BBD响应面优化试验,建立有限元仿真模型,获得轴向力和刀具温度的二次多项式回归方程,最后采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化求解非劣解集,与响应曲面优化结果相结合得到唯一解。结果表明:最终优化解切削速度为832.21r/min、进给量为0.011 2 mm/r、外刃第一后角为9.35°,轴向力和切削温度较低,此时钻削稳态平均仿真轴向力为611.2 N,实际轴向力为592.7 N;仿真温度为279.3℃,实际温度为321.1℃,为实际加工生产提供了参考方案。

H13模具钢电渣锭中夹杂物的类型以及分布规律分析

使用2t电渣重熔炉进行H13模具钢的制备。结合热力学计算、实验观察与统计分析,系统地研究了熔速为0.12kg/s条件下H13模具钢在电渣锭中的夹杂物类型、尺寸、形貌以及分布规律。结果表明,H13模具钢中主要的夹杂物类型为MgO·Al_(2)O_(3)和球形的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)。在电渣重熔过程中,MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物会演变为MgO·Al_(2)O_(3)+CaO·Al_(2)O_(3)混合类型夹杂物或者CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。同时,会有少量的S以各类夹杂物为形核质点进行析出,析出的成分主要为CaS,生成CaS包裹的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。在电渣锭中夹杂物尺寸主要以<5μm为主,5~<10μm的夹杂物较少,≥10μm的夹杂物仅有少量存在。这与电极中夹杂物的分布类似,但总体的夹杂物数量有所减少。径向分布呈现先增加再减少的趋势,在二分之一半径附近出现夹杂物的富集。

脉冲光纤激光毛化H13模具钢的实验研究

为研究激光毛化坑点的演变,采用脉冲光纤激光设备,以H13模具钢为实验试件进行激光毛化加工。选取激光功率、重复频率、扫描次数以及离焦量作为研究的工艺参数,采用单因素分析法分析毛化坑点特征参数的演变规律,并对毛化坑点周围表面做显微硬度检测。研究结果表明:毛化坑点直径以及深度随着激光功率的增大在逐渐增大,随着重复频率的增大开始逐渐减小;当激光扫描次数增加时,毛化坑点深度一直增大但直径呈现先增大后减小的状态;当增大激光离焦量时,毛化坑点直径随之增大;毛化坑点周围表面显微硬度都有一定的提升。

盐浴氮化+氧化和QPQ处理对H13模具钢抗铝液腐蚀性能的影响

H13模具钢作为铝型材的成型模具常被高温铝液腐蚀而失效。研究了盐浴氮化+氧化和QPQ处理工艺对H13模具钢抗铝液腐蚀性能的影响。使用SEM和XRD对比分析处理前后试样的显微组织,使用维氏硬度计分析铝液腐蚀前后渗层的硬度变化。结果表明,两种处理后在试样表面都形成了致密的Fe_(3)O_(4)氧化层和氮化层。经过高温铝液腐蚀后基体和渗氮层的硬度都有一定程度的下降,而渗氮层的硬度(600.9 HV0.1)仍然比基体的硬度(301.8 HV0.1)高1倍左右。腐蚀后,试样表面的致密氧化膜仍然存在,并且铝液失重率下降了90%以上,表明两种表面处理获得的试样的抗铝液腐蚀性能较好。同时,盐浴氮化+氧化工艺对优化H13钢的硬度和抗铝液侵蚀能力更为明显。

H13及H13改进型热作模具钢热处理过程中碳化物析出演化行为研究进展

航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进钢种存在两大性能缺陷(等向性差和高温热强性低),其均与碳化物的析出演化密切相关。基于前期科研人员对不同类型碳化物析出演变规律的深入研究,本文总结了在球化退火、高温扩散退火、淬火和回火各不同热处理阶段及凝固过程中H13及其改进型热作模具钢中不同类型碳化物的析出演变机理,分析了碳化物尺寸、数量和分布对材料力学性能的影响,归纳了对材料综合性能具有负面作用的相关碳化物进行调控的措施,对后续H13及其改进型热作模具钢的合金成分优化和热处理工艺改进具有参考价值。

改善模具钢洁净度与抛光性能的冶炼工艺实践

为解决模具钢H13镜面抛光效应较差的问题,通过冶炼工艺优化改进,改善模具钢的抛光效应。研究结果表明,镜面效应与钢的洁净度有密切对应关系。从电弧炉配料结构、脱氧制度、LF精炼炉吹氩控制、VD真空炉的高真空度周期优化,较全面地采取了改进措施,即电弧炉配料时采用增加DRI的使用量,采用硅预脱氧,优化钢包底吹氩控制和提高VD高真空度周期等措施。夹杂物有效尺寸从优化前的27.93μm下降到23.65μm,夹杂物数密度从256个/cm^(2),下降到176个/cm^(2),夹杂物数密度下降了31.2%,B类和DS类以及TiN类夹杂物总量上得到了控制,抛光性能的顾客满意度得到了一定的认可。

复合激光光斑熔化成型模具钢H13的致密度研究

模具钢H13具有优良的高温性能,在高温压铸模具领域有着广泛的应用。传统加工方式无法制造复杂结构的随形冷却模具,常规选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成型H13存在效率低、易产生内部裂纹和局部翘曲等缺点。介绍了自主研发的高温SLM系统和创新的复合光斑技术,其中复合光斑包括半导体激光预热光斑和光纤激光熔化光斑。当扫描速度为1800~2500 mm·s^(-1)时,在250°C高温基板预热条件下,分别使用单光斑和复合光斑对H13的高速成型进行了工艺研究。结果显示,在合适的复合光斑配置下获得的最高致密度优于相同成型效率的单光斑。并从能量输入角度,对复合光斑的作用机理进行了定性分析。

H13模具钢离子渗氮层的组织与性能

利用 10kW的等离子体气相沉积炉对H13钢进行了离子渗氮处理 ,研究了不同温度及时间对渗氮层组织及性能的影响。结果表明 ,采用合适的处理温度和时间 ,可以得到最佳的渗氮层化合物相组成及表面硬度 ,在保证一定的渗氮层深度条件下 ,H13钢的耐磨性能明显提高。

H13模具钢低温盐浴氮碳钒共渗工艺研究

探讨了H13模具钢的低温盐浴氮碳钒共渗工艺,并对渗层组织、硬度、渗层中的元素分布以及物相组成等进行了研究。结果表明:低温盐浴氮碳钒共渗工艺明显提高了H13模具钢的显微硬度,并且渗层中的物相有利于提高模具的热疲劳性能和耐磨性,采用该工艺处理H13热作模具,使用寿命有了明显改善。

H13淬硬模具钢精车过程的数值模拟

采用热力学耦合有限元方法研究了淬硬钢精车过程中切屑形成规律。运用H13 淬硬模具钢流动应力模型进行数值模拟,考查了H13淬硬模具钢精车过程中工艺参数对工件性能和刀具的影响。结果表明:切削速度愈高,进给量愈小,刀具刀尖半径愈大,则工件加工层上的静水拉应力愈小,表面质量愈好; 淬硬钢精车时径向力起主要作用,大于切削力;切削速度愈大,切削力和径向力则愈小,愈有助于改善工件加工层上的表面质量;切削速度、进给量和刀具刀尖圆角半径愈大,工件和刀具温度愈高,愈易导致刀具前刀面扩散磨损和刀具后刀面磨损。研究结论有助于优化H13淬硬模具钢精车过程中工艺参数选择和改进刀具镶片设计。

超声辅助H13模具钢表面激光熔覆强化层组织分析

H13模具钢在制造业有广泛的应用,大多数的工作环境比较恶劣,表面经常会出现各种失效问题,因此需要对其表面进行强化处理.单一进行激光表面强化处理时,强化层的性能往往达不到预期需求,进而采用超声辅助的方法进行强化涂层的制备.基于超声辅助激光熔覆的过程中,通过对H13模具钢进行熔覆强化层的制备,探究超声功率对熔覆层尺寸及微观组织的影响.结果表明,施加超声振动后增大了熔池表面的润湿性,焊缝表面变得相对平坦,超声振动使熔覆层内的元素分布更加均匀,晶粒更加细化,施加超声振动后的熔覆强化层显微硬度比未施加超声振动提高了21%.用激光熔覆修复模具的同时施加超声振动,可以大幅度的提高模具表面的各种力学性能,延长模具的服役时间.

贫油润滑条件下H13模具钢表面微凹坑几何参数的优化研究

采用激光微造型技术在H13模具钢表面加工出不同参数的微凹坑,并在贫油条件下进行响应面试验。为了对凹坑几何参数进行全面优化,建立了摩擦系数与微凹坑几何参数间的数学模型。并通过试验验证了数学模型的准确性,其误差范围小于5%,可用于后续的优化分析。根据优化方案得到的凹坑参数最佳组合为：直径180.66μm、深度14.66μm、密度12.75%。与无织构试样相比,最优参数下试样的摩擦系数减小了56%。

H13模具钢激光相变强韧化处理研究

为了优化H13模具钢在激光窄带扫描作用下的工艺参数，介绍了激光功率P、扫描速度V、光斑直径D各工艺参数对淬火层的影响，分析了H13模具钢显微硬度测量结果，对H13模具钢不同搭接量的选择及显微组织进行了观察。结果表明，显微硬度沿激光作用区横向呈有规律分布，在未搭接区硬度值最高，在回火软化区硬度值最低。搭接量的选取范围为18％-20％时较合适，淬硬层最高硬度可达700HV以上。

H13模具钢粘结剂喷射增材制造工艺参数对成形质量的影响

为了探究H13模具钢粘结剂喷射成形过程中工艺参数对成形质量的影响,将打印层厚和粘结剂饱和度作为变量,进行了粘结剂喷射成形增材制造试验。对坯体相对密度和尺寸精度及烧结后成形件的显微硬度、表面粗糙度和致密度进行了测试,分析了打印层厚和粘结剂饱和度对成形质量的影响。结果表明,层厚和粘结剂饱和度能够显著影响制件成形质量。随打印层厚的增加,坯体的相对密度降低。粘结剂饱和度的增加会导致坯体尺寸精度和相对密度的降低,引起烧结件表面粗糙度的增大。打印层厚和粘结剂饱和度分别为75μm和80%时,坯体的相对密度达到最大值55.8%,但烧结致密度仅为79.5%。当打印层厚和粘结剂饱和度增加到150μm和125%时,烧结试样获得最高的致密度95.7%,此时显微硬度为785.7HV1,弥补H13模具钢在粘结剂喷射增材制造领域中成形及烧结工艺参数的空白。