热作模具钢5CrNiMoV的亚动态再结晶行为研究

通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了双道次热压缩试验,研究了热作模具钢5CrNiMoV在不同变形温度(1030、1130和1230℃)、应变速率(0.001、0.01和0.1 s^(-1))和道次间隔保温时间(1、5和12 s)下的亚动态再结晶行为。建立了5CrNiMoV钢的亚动态再结晶动力学模型,将模型预测值与试验值进行对比。研究结果表明,随着变形温度和应变速率的增加,亚动态再结晶体积分数逐渐增加,材料的软化程度不断增强;随着道次间隔时间的增加,第2次加载时的加工硬化现象更加明显,且应变速率对初始亚动态再结晶影响较大。5CrNiMoV钢的亚动态再结晶激活能约为123.928 kJ·mol^(-1);模型预测值和试验值吻合度较高,说明该模型具有较高的可靠性,可以为优化5CrNiMoV钢的热加工工艺提供理论指导。

PMO和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织的影响

为研究脉冲磁致振荡(PMO)和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织及偏析的影响,利用自制的高通量凝固过程热模拟试验机,对5CrNiMoV热作模具钢进行不同冷却速率下的PMO处理试验。结果表明,随着冷速增大,平均晶粒尺寸逐渐减小;PMO处理可以扩大等轴晶区,冷速越大,细化效果越明显。PMO作用下熔体内部产生强制对流,可以有效改善元素偏析,3种冷速下C元素相较于Cr元素和Mn元素偏析改善更显著。

5CrNiMoV钢的奥氏体化动力学预测

利用DIL-805ADT动态热膨胀相变仪测定5CrNiMoV热作模具钢在不同加热速率下的膨胀量并对膨胀曲线数据进行分析,运用Kissinger方法拟合出了非等温扩散相变动力学Johnson-Mehl-Avrami(J-M-A)模型中的奥氏体化相变激活能Q、相变参数n和ln k0,建立5CrNiMoV钢奥氏体化动力学模型。该模型计算所得的奥氏体转变量与试验测量结果相吻合,可用于预测等温奥氏体化动力学曲线和设计5CrNiMoV钢的奥氏体化工艺过程。

5CrNiMoV钢马氏体相变塑性和应力对其相变动力学的影响

利用DIL-805ADT动态相变膨胀仪测定了5CrNiMoV钢在低于奥氏体屈服强度的应力下的马氏体相变膨胀曲线,根据膨胀曲线分析并计算出了不同应力下Greenwood-Johnson相变塑性机制中的相变塑性系数k值和Koistinen-Marburger马氏体相变动力学模型中α和Ms的值,并且将Greenwood-Johnson模型和Leblond模型计算结果与实际试验值对比。结果显示:k值随应力的变化有所波动,但趋近于一个定值;通过对比,Leblond模型更符合试验结果;Ms点随着应力的增大呈现微小的上升趋势,说明小于或等于80 MPa的应力对Ms点的影响不显著;拉应力下α值普遍大于无应力下的α值,压应力下α值普遍小于无应力下的α值,说明拉应力对相变有一定的促进作用,压应力对相变有一定的阻碍作用。

5CrNiMoV钢用于盾构刀圈力学性能研究

通过对5CrNiMoV钢和5Cr5MoSiV1钢进行热处理工艺试验,热处理后进行两种材料刀圈的硬度、耐磨性、冲击韧性、残余应力对比分析,并对金相组织进行观察。试验结果表明,5CrNiMoV材料刀圈在冲击韧性、残余应力等指标具有优势,适用于对刀圈材料冲击性要求高的工况下使用。

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。

锻造模具焊接修复工艺研究

由于5CrNiMoV钢模具在焊接时会经常出现夹渣、气孔,且很容易出现裂纹,所以易造成模具在使用过程中断裂。通过对模具材料的焊接性能分析,确定相应的焊接工艺(焊丝的选型、焊接电流、电弧电压、回火温度及保温时间等),对试样模具进行了焊接修复。结果表明:该工艺方法对稳定模具质量,减少模具焊接中出现的裂纹等缺陷起到了明显的效果,对后续相似锻造模具的修复具有一定的借鉴意义。

钒微合金化对5CrNiMo模具钢组织与性能的影响分析

在5CrNiMoV模具钢试样中添加了不同含量的合金元素钒,制备了不同钒含量的5CrNiMoVx(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)模具钢试样,并采用金相和扫描电镜对试样显微组织进行分析,测试了试样的抗热裂性能和耐高温磨损性能。结果表明,添加合金元素钒有助于细化5CrNiMoV模具钢试样的显微组织,提高其抗热裂性能和耐高温磨损性能。随钒含量逐渐增加,模具钢试样的显微组织先细化后粗化,抗热裂性能和耐高温磨损性能先提高后下降。与不添加钒(x=0)相比,当钒含量x=0.3%时,5CrNiMoVx模具钢试样的裂纹长度减小3.4 mm、磨损体积减小16×10^(-3)mm^(3),模具钢试样的抗热裂性能和耐高温磨损性能显著提高。5CrNiMoVx (x=0, 0.1, 0.2, 0.3,0.4, 0.5)模具钢试样的钒含量优选为x=0.3%。