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。

热作模具钢的模拟热磨损试验方法的探讨

本研究选定 Tittagala法作为热作模具材料热磨损的试验方法,并对其模拟性作了改进。经过试验,该模拟试验方法能较好地反映热作模具的工作过程和磨损特征。在碳素钢——模具钢、铝合金——模具钢、铜合金——模具钢不同材料试样的摩擦付试验中,模具材料的高温磨损特性、表面磨损形貌与现场模具寿命、失效模具形貌有着较好的一致性。

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.

镁合金压铸用热作模具钢高温磨损特性研究

用GWY-2000高温摩擦磨损试验机研究了镁合金压铸常用的热作模具钢DIEVAR、DAC和自主开发的热作模具钢TFHS-1的高温摩擦磨损特性。结果表明,在550℃高温干摩擦情况下,磨损机制以氧化磨损为主,同时伴随着少量粘着磨损、磨粒磨损;TFHS-1钢的抗磨损性能要优于DIEVAR和DAC钢;热处理工艺对TFHS-1钢的高温磨损性能有重要影响,回火温度越高,抗磨损性能越好。

热作模具钢热磨损和摩擦系数的研究

用A.Thomas的试验方法,在相同的工况条件下,对比了六种热作模具钢的热塑性摩擦系数,以及润滑对摩擦系数的影响.同时还研究了模具钢的高温强度、延伸率、抗氧化性能与摩擦系数的关系.用失重法研究五种热作模具钢的热磨损次数与磨损量的对应关系.用金相、扫描电镜等手段,分析了经热磨损试样的端面硬度变化,磨损表面形貌和次表层组织的变化.

几种热作模具钢热磨损性能对比

本文对3种热作模具钢经热磨损试验后的磨损量及磨损表面形貌进行了对比分析,结果表明:H13钢抗磨损性能最好,3Cr2W8V钢次之,5CrNiMo钢最差。同时,锻造次数与磨损量成近似比例关系。

热作模具钢热磨损和摩擦系数的研究

用A.Thomas的试验方法,在相同的工况条件下,对比了6种热作模具钢的热塑性摩擦系数,以及润滑对摩擦系数的影响。同时还研究了模具钢的高温强度、延伸率、抗氧化性能与摩擦系数的关系。用失重法研究5种热作模具钢的热磨损次数与磨损量的对应关系。用金相、扫描电镜等手段,分析了经热磨损试样的端面硬度变化,磨损表面形貌和次表层组织的变化。

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。

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.

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%.

H13热作模具钢连续冷却转变(CCT)曲线的研究

采用Gleeble 15 0 0D热模拟试验机测定了H13热作模具钢 (% :0 34C ,0 39Mn ,0 91Si,5 11Cr,1 34Mo ,0 91V ,0 0 0 15S ,0 0 0 9P)在奥氏体温度 10 6 0℃ ,2 0℃ s～ 10 0℃ h的不同冷却速度的相变膨胀曲线 ,并用Origin软件按膨胀法原理绘制了H13钢的连续冷却转变 (CCT)图。结果可得 ,H13钢以 2 0℃ s～ 15℃ min的冷却速度 ,从 10 6 0℃冷至 2

H13热作模具钢表面等离子喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷复合涂层研究

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备Al2O/TiO2陶瓷复合涂层。应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损实验机等研究该涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同喷涂功率制备的Al2O/TiO2陶瓷涂层均为典型的层片结构,并存在有一定的孔隙和裂纹;陶瓷涂层主要由a-Al2O3、十AI2O3和Rutile-TiO2相组成,结晶过程中部分a-Al2O3转变为7-Al2O3,且晶粒细化;涂层的显微硬度平均值为1127 HV;Al2O/TiO2陶瓷复合涂层可改善H13钢的摩擦磨损性能,且不同喷涂功率制备的涂层摩擦磨损性能相近。

表面处理对热作模具钢使用性能的影响

介绍了90年代日本热处理技术协会热作模具钢表面改性研究委员会的研究工作。日立金属、大同特殊钢、高周波等公司的技术人员对比研究了不同的渗氮、软氮化、硫氮共渗、PVD、EDM、喷丸及复合表面处理后的SKD61模具钢的溶损、磨损和热疲劳性能。不同表面处理普遍提高了模具钢抵抗溶损和磨损的性能。PVD、氧化处理和硫氮共渗对溶损的改善非常有效。常温磨损试验表明,表面处理有时降低了耐磨性。由于影响模具钢热疲劳性能的因素众多,表面处理对热疲劳影响非常复杂,不同试验条件实际反映了不同的工况,表面热处理改变了裂纹的萌生和发展特点。

锻造工艺对含钒热作模具钢组织和性能的影响

采用不同的锻造温度进行了5CrNiMoV新型含钒热作模具钢的锻造试验,并进行了显微组织、热疲劳性能和高温磨损性能的测试与对比分析。结果表明:当终锻温度为830℃时,与1070℃初始锻造温度锻造相比,在始锻温度1100℃下锻造的5CrNiMoV热作模具钢的热疲劳裂纹级别从5级降为2级,高温磨损体积从39×10^(-3)mm^(3)减为18×10^(-3)mm^(3);当始锻温度为1100℃时,与终锻温度860℃相比,在终锻温度830℃锻造的5CrNiMoV热作模具钢的热疲劳裂纹级别从4级变为2级,高温磨损体积从32×10^(-3)mm^(3)变为18×10^(-3)mm^(3)。在始锻温度1100℃,终锻温度830℃时锻造的模具钢热疲劳性能和高温磨损性能得到明显改善。

热作模具钢在热轧托卷辊上的应用研究

在研究了宝钢热轧 15 80托卷辊的失效机理后 ,我们利用热作模具钢采用整体成型技术开发了一种耐高温磨损托卷辊 ,通过实验发现新辊辊面硬度大幅提高 ,耐磨损、耐冲击性能大大改善 ,而且使用寿命延长一倍以上 ,表明这是解决热轧托卷辊磨损划伤问题的有效方法。

喷丸对4Cr5Mo2V钢高温摩擦磨损性能的影响

对4Cr5Mo2V钢试样进行3道次复合喷丸,通过与未喷丸试样对比,研究了喷丸对试验钢表面形貌、显微组织、硬度、残余应力以及高温(100,300,500℃)摩擦磨损性能和机制的影响。结果表明:喷丸处理显著提高了试验钢表面粗糙度,使试验钢表面形成了明显的塑性变形层、硬化层与残余压应力层;在100,300,500℃下,与喷丸前相比,喷丸后试验钢的磨损率分别降低了41.8%,17.1%,63.3%,耐磨性能的提高与喷丸产生的硬化层和残余压应力层有关。在100,300℃下,喷丸前后试验钢的磨损机制均主要为黏着磨损和磨粒磨损,而当温度升高至500℃时,磨损机制为氧化磨损,喷丸试验钢仍能保持较高的硬度与残余压应力,同时表面氧化层更致密稳定,仅发生轻微氧化磨损。

贝氏体等温淬火对Dievar热作模具钢高温摩擦磨损性能的影响

利用贝氏体等温淬火工艺在Dievar钢中制备不同体积比例的贝/马复相微观组织,通过对显微组织、宏观/微观硬度、磨面形貌、磨屑和磨损率的分析进一步研究了贝/马复相Dievar热作模具钢的高温摩擦磨损性能并探讨其磨损机制。结果表明,Dievar钢中下贝氏体含量随等温淬火保温时间的延长而增加,其中保温3、5、10 min时下贝氏体体积占比分别为32%、45%、63%。贝/马复相试样相比于传统油淬试样具有更高的回火抗性,不同等温试样硬度值均高于传统油淬试样硬度值。同等磨损条件下,等温淬火Dievar钢相较于常规热处理Dievar钢耐磨性更加优异。在400~600℃高温摩擦磨损试验条件下,Dievar钢表面氧化物为Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)。Dievar钢400~500℃高温磨损机制为磨粒-轻微氧化磨损;随着温度升高,氧化物颗粒尺寸变大,磨粒磨损加剧。当温度升至600℃时,常规油淬试样磨损机制为磨粒-氧化磨损,以磨粒磨损为主;而等温淬火试样磨损机制则以氧化磨损为主。

气相沉积TiN和Ti（C，N）镀层的热磨损性能

气相沉积法制取的ＴｉＮ和Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）镀层在室温工作的磨损部件上得到了广泛的应用，但对其在高温下的磨损性能之研究却还很少。为了探讨其在高温磨损下应用的可行性，利用ＳＲＶ滑动摩擦磨损试验机和改进型Ｔｉｔｔａｇａｌａ热冲击磨损试验机，对以热作模具钢３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ为基体的气相沉积的ＴｉＮ和Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）硬质镀层的热磨损性能进行了试验研究，同时还通过多种表面分析手段对膜基体系的失效机制作了观测与讨论，结果表明，ＴｉＮ和Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）镀层都具有良好的高温耐磨性，在８５０℃以上的高温条件下，几种有镀层试样的热冲击磨损量都明显地比无镀层３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ试样的低。ＳＲＶ高温滑动摩擦磨损试验发现，镀层的高温软化和氧化都不明显；只有当膜基界面结合不良或膜基体系的承载能力不足时，才会发生镀层的剥落或碎裂。

Nb对H13钢高温摩擦磨损性能的影响

在不同温度下,采用高温摩擦磨损试验机对不同Nb含量的H13热作模具钢进行了摩擦磨损试验,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、白光干涉仪、背散射电子衍射和能谱仪等研究了试验钢的磨损表面及截面形貌和硬度,并分析了Nb含量对试验钢高温磨损性能及磨损机制的影响。结果表明:相同试验温度下,随Nb含量增加,试验钢的摩擦系数降低,在500℃时达到最低值;随Nb含量的增加,试验钢磨损率逐渐降低,耐磨性逐渐提高。Nb的加入对试验钢表面软化层的硬度下降有一定抑制作用,对氧化层的支撑作用增强,氧化层剥落机率降低,耐磨性提高。不同Nb含量的H13钢的磨损机理主要是氧化磨损。

热作模具钢高温销-盘磨损实验研究

为研究3种常用热作模具钢的高温硬度和在100和300℃温度条件下的磨损率、摩擦因数的变化规律,通过高温硬度实验和高温摩擦磨损实验获得了3种热作模具钢的硬度、摩擦因数、磨损率随温度的变化规律。结果表明:随着温度的升高,硬度逐渐下降,表面渗氮处理虽能够大幅度提高材料硬度,但渗氮处理后的硬度随着温度升高而下降的幅度更明显;300℃下,销-盘接触表面的变形抗力降低,材料与板材之间的摩擦因数小于100℃下的摩擦因数,同时300℃下销表面产生较厚的氧化层,其磨损率小于100℃下的磨损率;材料表面渗氮处理后在100℃下材料的耐磨性提高,但在300℃下磨损量反而增大。实验结果为模具材料的选择和模具耐磨性的提高提供了可靠的基础数据支撑。