4Cr5MoSiV1热作模具钢循环渗氮及热疲劳行为研究

针对4Cr5MoSiV1热作模具钢在使用过程中经受熔融铝液及冷却液的循环冲击,在热应力作用下容易产生热疲劳失效的问题。采用可控循环气体渗氮的方法分别在回火态和热疲劳态模具钢表面制备无铁氮化合物和有化合物的渗层,进行热疲劳性能测试。结果表明:循环渗氮制备的无化合物的渗层可以有效延缓热疲劳裂纹的萌生,抗热疲劳性能优于有化合物的渗层。同时,在裂纹产生前进行二次渗氮可以补充氮原子,重置压应力并增加硬度,进一步提升热疲劳抗性。

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。

新型Cr-Mo-V型热作模具钢高温流变应力模型

通过热压缩实验,获得实验钢在变形温度为950~1200℃、应变速率为0.001~5 s^(-1)和最大真应变为0.916条件下的真应力-真应变曲线。结果表明:在本实验选取的变形条件下,新型Cr-Mo-V钢呈现出典型的动态再结晶特征,变形温度高于1050℃且应变速率低于0.1 s^(-1)时,动态再结晶特征更明显;同一变形温度下,峰值应力和峰值应变随应变速率的提高呈增大趋势;同一应变速率下,峰值应力和稳态应力随变形温度的升高逐渐降低。采用多元线性回归法获得与峰值应力对应的Arrhenius方程模型参数,基于此建立了实验钢的高温流变应力本构模型。利用创建的不同应变下本构方程材料常数的八次多项式对实验钢的流变应力进行计算,应变补偿相关系数R和平均绝对相对误差e AARE分别为0.98902和3.21%,计算数据与实验数据吻合良好。

国内热作模具钢发展概况

本文分低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢叙述主要钢种、成分、热处理工 艺、性能和用途,另外,介绍我国近年发展的热作模具用钢。

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。

提高热作模具钢H13退火组织均匀性的措施

某特钢厂在高端热作模具钢H13生产过程中,在对其退火组织进行检测时,发现个别批次未能达到北美压铸协会NADCA#207-2003的要求,评级为AS10~AS13不合格级别,金相组织在显微镜下呈现不同程度网状和链状碳化物分布,组织均匀性也较差。较差组织易造成模具在使用过程中早期开裂,同时降低冲击韧性导致使用寿命缩短。为解决组织差问题,分析了退火组织异常的原因,并进行了针对性工艺优化。通过控制电渣冶炼熔速降低铸锭合金偏析,保证夹杂物充分上浮析出,提升铸锭纯净度;优化高温均质化均热段温度和时间,促进偏析元素快速溶解并重新均匀分布,改善带状偏析;超细化热处理工艺细化晶粒尺寸和实现均匀分布,提升晶界结合强度;控制锻造变形方式和终锻温度,对铸态组织进行破碎,实现细化晶粒,提高材料致密性;优化热处理冷却方式,进一步降低二次碳化物析出量及成链状网状概率等一系列措施,退火组织碳化物尺寸、分布和均匀性得到明显改善,合格率达到99%以上。

SDYZ热作模具钢的热机械疲劳行为

通过拉-压对称的应变控制模式,在相同温度循环和不同应变幅(0.7%~1.1%)下对SDYZ热作模具钢进行热机械疲劳试验,研究了不同应变幅下的应力-应变滞后回线、循环应力响应曲线以及显微组织变化。结果表明:应变幅越大,试验钢的热机械疲劳应力-应变滞后回线包围的面积越大,试验钢的损伤越严重,疲劳寿命越短;热机械疲劳循环软化过程可分为初始不稳定、连续软化和失效3个阶段。热机械疲劳试验后,试验钢显微组织中的马氏体和碳化物粗化,且随着应变幅的增加,马氏体和碳化物粗化程度降低;随着应变幅的增加,疲劳裂纹的长度和宽度变大。

H13热作模具钢球化退火组织评级方法的研究及应用

通过对H13热作模具钢中球化退火组织进行大量的试验检测并归纳整理实验数据,同时对检测内容进行了具体的分析研究,总结出H13热作模具钢球化退火组织评级依据,并形成完整的H13热作模具钢球化退火组织检测方法。使用金相显微镜对评定退火组织级别的具体部位进行采图,根据球化退火组织评级依据进行归类,最终确定了H13热作模具钢球化退火组织级别评定方法,建立了一套适用于生产的H13热作模具钢球化退火组织图库。

3Cr2W8V热作模具钢的稀土合金处理

采用15 t EAF冶炼,25 t LF精炼,740 kg铸锭锻制成Φ110 mm的3Cr2W8V钢材.在LF精炼后期,钢中氧含量为29×10-6,加入0.048%RE合金(%:21～24RE,44Si,3Mn,5Ca,3Ti,余Fe)进行稀土合金处理,稀土元素的回收率为30.78%.检验结果表明,进行稀土处理能够有效地改善3Cr2W8V模具钢共晶碳化物偏析,并显著减少P、Pb、Sn、As、Sb等有害元素在晶界的偏析.

新型Cr-Mo-V精铸热作模具钢的研制

在研究热作模具钢主要成分合金化原理的基础上,用250 kg中频感应炉熔炼研究新型精铸热作模具钢,并采用MG2000高温摩擦磨损试验机对试验钢进行400 ℃磨损试验.研究结果表明,根据V/C 3.0,C余 0.1%～0.2%,Cr/(Cr+Mo) 0.68～0.85,Cr/C余＞16.6,Mo/C余＞16原则,设计的新型精铸热作模具钢(%:0.32C,3.54Cr,2.41Mo,1.02V)具有高的高温耐磨性,其400 ℃高温磨损率为H13钢(%:0.45C,5.3Cr,1.4Mo,0.83V)的30%,3Cr2W8V钢(%:0.37C,2.48Cr,7.82W,0.41V)的20%～25%.

两种不同类型热作模具钢的使用性能研究

对马氏体型热作模具钢SDH3和奥氏体型热作模具钢SDHA作了对比分析,研究了两者在力学性能、热稳定性和热疲劳性能方面的区别。结果表明:SDH3钢具备良好的热稳定性和热疲劳性能,可以满足通用热作模具钢的使用要求;SDHA钢经固溶和时效处理后,在750℃×20h长时间保温过程中,硬度保持稳定,表明可以用于制作工作温度在700℃以上的热作模具。

热作模具钢表面激光熔覆StelliteX-40钴基合金

利用 2kWCO2 连续激光在H13热作模具钢表面熔覆StelliteX-40钴基合金,选择最佳的交互作用时间进行激光熔覆处理,可获得均匀细小的熔覆层组织。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、磨损试验机及动电位极化技术对熔覆层的组织结构、元素分布、磨损性能及电化学腐蚀性能进行了系统研究。结果表明,H13热作模具钢经激光熔覆StelliteX-40钴基合金后,其抗磨损及腐蚀性能得到明显改善,经生产实际应用寿命考核,采用激光熔覆处理的H13钢模具,使用寿命提高 3倍以上。

一种新型热作模具钢的高温磨损性能研究

采用球盘式高温摩擦磨损试验机,对针对某特殊工况自行研制的一种新型热作模具钢在室温、200、400、500和600℃下进行干滑动摩擦磨损试验,研究了该钢的磨损行为和磨损机制,并测试了不同温度磨损后材料亚表层的应变硬化区深度.结果表明:随着环境温度的升高,钢的磨损率呈现先升高,后降低再升高的趋势;摩擦系数随着温度增加先降低后升高;室温和200℃下磨损时其磨损机制主要为疲劳磨损;随着环境温度升高到400和500℃时,磨损表面生成一层致密氧化物并随着温度升高而增厚,呈轻微氧化磨损特征;600℃时,高温磨损表面的氧化物层继续增厚,但在试验载荷持续挤压下,氧化层出现破裂剥落,磨损率急剧升高,表现为氧化磨损;材料亚表层在磨损后产生明显的应变硬化,硬化效果随温度的升高先增强后减弱.

国内外热作模具钢的研究进展

介绍了国内外传统和新型热锻、热挤压和压铸用热作模具,以及特殊用途热作模具的钢种和特点;热作模具钢热处理和表面处理技术的研究进展。提高模具钢纯净度、均匀和细化组织,用计算机模拟技术开发热作模具钢新钢种是目前提高热作模具钢寿命的重要方法。

热作模具钢的高温热机械疲劳寿命预测

研究热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命 ,发现在相同的应力幅下 ,同相 (最高温度5 5 0℃ ,最低温度 2 5 0℃ )热机械疲劳寿命低于上限温度的等温 (温度 5 5 0℃ )疲劳寿命。这表明在相同的应力幅下 ,热机械疲劳比等温疲劳产生更严重的损伤 ,用最高温度下的等温疲劳寿命代替热机械疲劳寿命并不一定得到可靠的结果。在等温疲劳条件下 ,疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展 ,而在热机械疲劳条件下 ,疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。文中还以Chaboche高温疲劳损伤模型为基础 ,考虑损伤系数是最高温度和温度范围的函数来评价载荷控制下材料的热机械疲劳寿命。在热机械疲劳试验中 ,考虑温度变化产生的附加内应力 ,因此每一循环的损伤不仅是最大应力和平均应力的函数 ,而且与最高温度和温度循环范围有关。根据累计损伤的等效温度法 ,取最大温度为等效温度。热作模具钢在热机械疲劳过程中 ,由热循环产生的附加损伤通过损伤指数系数表示。结果表明 。

热作模具表面失效与模具寿命关系研究

通过对模具表面失效产生的原因进行分析,归纳出模具表面失效的6项判据,从而确定失效判据的权重作为研究模具表面失效与模具寿命之间关系的重点。在模具表面失效判据权重研究过程中,采用神经网络方法构建模具表面失效的权重模型,给出了一种基于BP神经网络模具失效权重计算的方法,及模具表面失效判据的隶属度函数形式,并对此方法进行了理论分析。

热作模具用钢选择与应用专家系统

就锤锻、压力机锻、压铸、热挤压、热冲裁 ５ 种热作模具用钢的选择进行优化推理而提出尽量合理的选材建议，并给出被选材料的技术资料以作采购、加工和应用参考。该专家系统包括用户信息输入、材料优化推理、系统知识库管理、用户技术文件管理和系统管理 ５ 大模块。采用基于规则或基于实例方法进行推理。

热作模具钢在高温热机械应力循环下的疲劳断裂行为

研究了热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命 ,发现在相同的应力幅下 ,同相热机械疲劳寿命低于上限温度的等温疲劳寿命。通过研究疲劳过程中的循环应变响应和疲劳断口特征时发现 ,等温疲劳条件下 ,滞后环朝压缩方向发展 ,疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展 ;在热机械疲劳条件下 ,滞后环朝拉伸方向发展 ,疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。

两种热作模具钢高温耐磨性对比研究

在UMT-3高温摩擦磨损试验机上对两种热作模具钢的高温摩擦磨损特征进行了研究,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等检测手段对磨损表面和截面的形貌特征及物相进行分析.试验结果表明:SDCMSS钢有较H13钢高的高温耐磨性.在试验温度范围,SDCM-SS钢摩擦系数和磨损率要小于H13钢.SDCM-SS钢在400~700℃发生轻微氧化磨损机制;H13钢在400~500℃发生轻微氧化磨损机制,600和700℃发生严重氧化磨损机制.SDCM-SS钢高氧化性和高热稳定性能使新型模具钢具有较H13钢更宽的轻微氧化磨损温度区间,从而具有好的高温耐磨性能.700℃时,SDCM-SS钢的碳化物在摩擦过程中会聚集在摩擦氧化物层与基体交界面形成碳化物层.此碳化物层有益于提高热作模具钢的高温耐磨性.

热作模具钢选材用材专家系统

以 33种热作模具钢的 18项性能检测数据为基础 ,建立了热作模具钢性能数据库。以五大类热作模具失效分析结果为依据 ,与热作模具钢的性能进行综合分析而归纳得出的各类模具的抗力指标体系为主要内容 ,建立了知识管理 (专家意见 )库。建立了内含 2 0 0余例热作模具选材用材实例模具库及模具润滑材料库。在 4个数据库基础上建立的热作模具钢选材用材专家系统 ,具有充分的数据支持、可靠的专家判据、合理的推理机制、灵活方便的管理功能及简单适用的操作界面。经企业实际应用 ,本专家系统选材结果合理 。