Cr8扁钢轧制模拟与工艺优化

共晶碳化物是影响Cr8冷作模具钢服役性能及使用寿命的关键因素。针对Cr8钢连铸坯轧制成扁钢后出现的碳化物不均匀度超过国家标准GB/T 1299—2014(3级)的问题进行分析。采用Deform有限元模拟软件建立Cr8扁钢的轧制模型,对轧制过程中的等效应变、应变速率、温度变化情况进行模拟,并研究了不同温度下保温(时间)Cr8扁钢碳化物的形貌特征,与其连铸坯进行对比。模拟与实验结果表明,轧制过程中,Cr8扁钢中心至1/4厚度区域温度达到1 230℃,使Cr8扁钢的三角晶界区碳化物重新溶解析出,导致碳化物不均匀度的级别超过3级。因此,通过降低加热温度,控制轧制温度低于1 200℃,将厚度24 mm的Cr8扁钢碳化物不均匀度由4级降低至2级,使产品质量显著提高,同时降低了能耗、节约了成本。

Cr8钢奥氏体晶粒长大规律

为了分析Cr8钢再结晶过程中加热温度和保温时间对奥氏体晶粒长大尺寸的影响,给出Cr8钢再结晶过程中奥氏体晶粒的长大规律,对Cr8钢试样在不同加热温度和不同保温时间下进行了水淬处理,并对实验结果数据进行了数据处理和线性拟合。结果表明,Cr8钢奥氏体晶粒长大尺寸随着加热温度的提高和保温时间的延长而不断增大;其晶粒长大过程可分为抑制长大阶段和自由长大阶段;在抑制长大阶段,其奥氏体晶粒尺寸与加热温度近似呈指数关系;在整个长大过程中,奥氏体晶粒尺寸与保温时间近似呈幂函数关系。利用Sellar公式对实验数据进行非线性回归分析,得到了Cr8钢奥氏体晶粒长大的数学模型。

Cr8型模具钢耐磨性能研究

在环/块对摩型磨损试验机上对比测试了不同载荷下4种Cr8型模具钢的干滑动磨损性能,测量磨痕宽度,观察磨损形貌,分析磨损机制.结果表明:不同载荷下均有磨粒磨损,随载荷增大氧化加剧并伴有粘附磨损,高载荷下氧化磨损的作用变大;磨损损失体积随载荷增加而增大,磨损损失体积总量与M7C3共晶碳化物量呈正线性关系;摩擦系数随载荷增加先升高后下降.

Cr8钢轧辊最终热处理过程数值模拟与实验研究

为了进一步提高Cr8钢轧辊的服役性能,利用数值模拟技术与实验对Cr8钢轧辊的最终热处理工艺进行了研究。首先利用实验测试了Cr8钢的材料性能参数;接着利用数值模拟技术分析了Cr8钢轧辊在其差温加热过程、喷雾淬火冷却过程及其回火过程中辊身内部特征节点温度、组织与应力的演化过程,并采用物理模拟技术验证了Cr8钢轧辊在连续喷雾淬火工艺下两个特征节点处的马氏体组织,从而验证了采用数值模拟技术研究Cr8钢轧辊最终热处理工艺的可行性;最后重点分析了连续喷雾淬火工艺与间歇喷雾淬火工艺对Cr8钢轧辊辊身内部特征节点温度、组织及应力演化过程的影响。结果表明,采用间歇喷雾淬火和低温回火工艺不仅可保证Cr8钢轧辊的淬硬层深度,而且可显著降低其心部所产生的拉应力,从而可保证其最终热处理过程安全。

Cr8钢的热变形行为及本构方程

用Gleeble-1500热模拟试验机研究了Cr8钢在温度为900~1200℃、应变速率为0.005~1 s^(-1)的热变形行为。得到了该材料的真应力应变曲线,基于双曲正弦关系建立了Cr8钢的本构方程,并对本构方程进行验证。结果表明:在变形温度为900~1200℃,应变速率为0.005~0.1 s^(-1)时,Cr8钢发生了明显的动态再结晶现象;所建模型预测的峰值应力与试验所得峰值应力的绝对值误差不超过7%,验证了所建本构方程的准确性;计算得出Cr8钢变形激活能为254.215 k J/mol。

铝对Cr8WMo2V2SiNb钢临界点及淬火组织的影响

利用Thermo-calc软件计算了含铝和不含铝Cr8WMo2V2SiNb钢中各相体积分数的变化,结果表明:铝的加入能明显提高该钢的Ac1点,珠光体向奥氏体转变过程中出现较宽温度范围的铁素体相区。通过试验证明:加入1.2%Al后,实验钢的Ac1点显著升高并且淬火组织中出现铁素体组织,与计算结果十分吻合。

铌含量对Cr8WMo2V2SiNb钢组织和性能的影响

研究了0～0.89%Nb含量对淬火(1 000～1 200℃)-回火(200～650℃)CrSWMo2V2SiNb钢组织和力学性能的影响。结果表明,随着Nb含量提高,钢的铸态组织和共晶碳化物形态得以改善,难熔铌的碳化物增多,明显抑制了淬火奥氏体晶粒长大;加铌可相应提高淬火温度,增加钢的二次硬化能力和耐磨性,使钢具有较高综合机械性能。

热处理对冷作模具钢Cr8WMo2V2SiNb组织和力学性能的影响

研究了1000～1240℃淬火,以及1100℃淬火+200～580℃回火对25 kg真空感应炉冶炼的Cr8WMo2V2SiNb钢(%:0.96C、1.11Si、7.79Cr、1.79Mo、2.16V、0.96W、0.60Nb)Φ13 mm锻材的淬火组织和晶粒度,淬-回火组织、硬度和冲击功的影响。结果表明,Cr8WMo2V2SiNb钢1 100℃淬火后的硬度HRC值为64.5;1100℃淬火+520℃回火有明显二次硬化效应,硬度达到最大值-HRC62.5,并有较好的韧性,冲击功为8.7 J。

气阀钢5Cr8Si2的组织与性能

对新型内燃机气阀用钢 5 Cr8Si2的各项重要性能及组织进行了与老钢种的对比试验。研究结果表明 :5 Cr8Si2钢具有更优良的加工性能和使用性能 。

热处理工艺对5Cr8Mo VSi钢组织结构的影响

研究了 5Cr8MoVSi钢经不同工艺热处理后的组织与结构 ,分析讨论了淬火温度对马氏体形态的影响。研究表明 ,5Cr8MoVSi钢退火碳化物类型以M2 3C6 为主 ,并有少量的MC和M7C3;淬火组织中剩余碳化物以MC和M7C3为主 ,M2 3C6 型碳化物在淬火加热时大部分溶解。该钢随淬火加热温度升高 ,淬火马氏体由板条状和针状马氏体混合组织过渡到以板条状马氏体为主。经 4 85℃回火后 ,针状马氏体仍显示原马氏体针 ;而板条状马氏体的板条状方向性几乎被完全切断 ,显微组织呈均匀化。该钢在 10 0 0～ 10 5 0℃淬火时 ,残留奥氏体量为 10 7%～ 12 3%Vol,淬火、回火后最高硬度为 5 8～ 6 0HRC。

新型阀门钢5Cr8Si2组织与性能

通过对新型内燃机阀门用钢 5Cr8Si2组织、机械性能和抗氧化性的试验研究 ,并与常用阀门钢4Cr9Si2和 4Cr10Si2Mo对比表明 ,5Cr8Si2钢具有相对优良的加工性能和使用性能 。

热处理对工模具钢5Cr8MoVSi组织及硬度的影响

工模具钢 5Cr8MoVSi(0 .5 5C ,8.1 3Cr,1 .38Mo ,0 .4 5V ,0 .72Si)经 84 0℃退火硬度为HB2 1 8,钢中碳化物以M2 3C6 为主 ,并有少量的MC和M7C3。该钢合适的淬火温度为 980～ 1 0 5 0℃ ,最高硬度为HRC6 0～ 6 1。随淬火温度升高 ,淬火马氏体由板条状和针状马氏体组织过渡到板条状马氏体组织 ,剩余碳化物主要为MC和M7C3,为减少残余奥氏体量 。

Si含量对冷作模具钢Cr8Mo2SiV组织和性能的影响

研究了Si含量对25 kg真空感应炉冶炼的Cr8Mo2SiV钢(%:0.96～0.97C、0.31～0.36Mn、7.98～8.04Cr、2.01～2.08Mo、0.31～1.52Si、0.20V)组织和力学性能的影响。结果表明,随着Si含量的增加,共晶碳化物尺寸变大,数量增多,淬火峰值硬度向高温区移动;经1 030℃淬火,550℃回火后,随着Si含量的提高,Cr8Mo2SiV钢的二次硬化能力和冲击韧性明显提高。Cr8Mo2SiV钢最佳的Si含量为1.5%。

Cr8Mo2SiV钢镦粗过程空洞演变的有限元模拟

运用FORGE有限元模拟软件对Cr8Mo2SiV冷作模具钢单空洞及双空洞在镦粗过程中的演变过程进行了模拟研究,并探索了锻件高径比、空洞尺寸、锻造温度和摩擦条件对空洞闭合程度的影响规律。采用Ф8 mm×15 mm的试样对单空洞锻造过程进行了物理模拟,物理模拟结果与数值模拟结果吻合。

Cr8Mo2VSi热轧扁钢超声波探伤缺陷分析及工艺改进

通过酸蚀低倍和金相高倍检验,以及结合生产工艺分析,确定了Cr8Mo2VSi热轧小扁钢和大扁钢超声波探伤缺陷为微裂纹,小扁钢为过热型裂纹,是由于钢坯出炉速度慢导致加热时间长而过热;大扁钢为撕裂型裂纹,是由于钢坯出炉速度快导致加热时间短而芯部没有透烧.根据分析结果,改进钢坯加热工艺,小扁钢的钢坯加热温度比原来降低10℃,出炉速度为2~4min/支,大扁钢的钢坯加热温度与原来相同,出炉速度为4~6min/支.通过生产验证,探伤合格率小扁钢由原来的84.6%提高到100%,大扁钢由原来的52.4%提高到95%.

铌对Cr8Mo2SiV钢组织和性能的影响

研究了0.3%-0.9%Nb对铸态及热处理态Cr8Mo2SiV冷作模具钢组织和力学性能的影响。结果表明：铸造Cr8Mo2SiV钢共晶碳化物枝晶粗大,成网状分布于晶界上。随着Nb的加入,钢的铸态组织和共晶碳化物都得以改善,难熔铌的碳化物增多,抑制了奥氏体晶粒长大;经热处理后,钢的共晶碳化物由网状变为粒状和块状分布于基体中,综合力学性能得以改善。

Cr8Mo2SiV钢空洞锻合的有限元模拟

运用ABAQUS软件模拟了Cr8Mo2SiV冷作模具钢在锻造过程中空洞缺陷的变化,建立了中心带空洞的Ф100 mm×200 mm大尺寸锻件与Ф8 mm×15 mm小尺寸锻件的有限元模型,分析了空洞的闭合过程,对Ф8 mm×15 mm的小尺寸试样进行了物理模拟验证。试验结果表明:压下率为29%时完全闭合,与相同尺寸锻件的数值模拟结果相近,应力与应变的变化趋势与数值模拟结果相同,验证了数值模拟的准确性。

Cr8Mo1SiV冷作模具钢大颗粒共晶碳化物的控制工艺研究

基于高温均质化不同温度、时间和锻造变形比,研究了不同大颗粒共晶碳化物尺寸下Cr8Mo1SiV冷作模具钢的冲击韧性和耐磨性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和Image-J软件对材料的显微组织和大颗粒共晶碳化物进行了观察分析。试验结果表明:Cr8Mo1SiV冷作模具钢大颗粒共晶碳化物尺寸可由高温均质化和锻造工艺控制,高温均质化的温度越高、时间越长,大颗粒共晶碳化物的尺寸越小,提高温度的效果优于延长时间,高温均质化的温度工艺优选1 180℃左右,温度过高则使晶粒粗大、晶界熔化,温度过低则效果不显著,时间在保证晶粒度符合要求且无过热的前提下尽量延长,锻造变形比越大,则大颗粒共晶碳化物的破碎程度越大、尺寸越小、材料的冲击韧性及其稳定性越高,锻造变形比优选>16。

Cr8钢动态再结晶行为及元胞自动机模拟

为了实现对Cr8钢热变形过程中微观组织的预测及控制,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr8钢进行了热压缩试验,研究了Cr8钢在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.005~5 s-1条件下的动态再结晶行为。基于试验数据,通过计算得到了Cr8钢的再结晶热激活能,建立了Cr8钢的动态再结晶元胞自动机模型并采用该模型模拟了Cr8钢动态再结晶过程。结果表明:Cr8钢峰值应力随着变形温度降低、应变速率增大而增加;经过试验验证,所建立的元胞自动机模型模拟的流变应力曲线、微观组织形貌及平均晶粒尺寸均具有较高的精度;Cr8钢动态再结晶百分数随着应变的增加而增加,且变形温度越高,发生动态再结晶的孕育期越短。

Cr8钢的动态再结晶行为及组织转变

利用Gleeble-3500热/力模拟试验机对Cr8支承辊用钢在应变速率0.01～1s-1、变形温度950～1 200℃条件下进行了热压缩变形试验,研究了其热变形力学行为和再结晶规律,并对该钢热变形后的显微组织及物相变化进行了分析。结果表明:在应变速率较低为0.01s-1,当变形温度低于1 050℃时,Cr8钢热变形后的组织主要为动态回复型,当变形温度高于1 100℃时,热变形后的组织为动态再结晶型,且随着变形温度的升高,动态再结晶晶粒逐渐长大;当应变速率增加到0.1s-1时,热变形后的组织在温度低于1 050℃时为动态回复型,在温度高于1 100℃时为动态再结晶型;当应变速率增加到1s-1时,变形温度高于1 050℃时,热变形后的组织即发生了明显的再结晶,奥氏体晶粒大部分已长成为等轴的再结晶晶粒;Cr8钢热变形后的物相主要为α-Fe和γ-Fe,显微组织主要为马氏体和残余奥氏体。