表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响

通过超声表面滚压处理制备出具有梯度纳米结构表层的Dievar模具钢试样。在滚压试样和未滚压试样表面进行高能离子注渗(High energy ion implantation,HEII)工艺优化试验,制备出高能离子注渗碳化钨层,并从微观组织结构、成分、硬度和高温摩擦磨损性能等方面研究表面纳米化对于高能离子注渗碳化钨性能的影响。结果表明:与HEII试样相比,USRP+HEII试样的梯度纳米结构表层明显增强了高能离子注渗碳化钨的效果。相对于HEII试样,USRP+HEII试样的表面组织更加致密均匀,其注渗层深度提高了约27%;USRP+HEII试样的表面硬度为944.9 HV,分别较原始母材硬度和HEII试样表面硬度提高了约373%和27%;USRP+HEII试样的平均摩擦因数和体积磨损量在不同温度条件下低于HEII试样,说明USRP+HEII试样具有更加优良的抗高温磨损性能。

大截面DIEVAR钢模块固溶冷却行为的数值研究

以尺寸为470 mm×800 mm×4 000 mm的大截面DEVAR热作模块为研究对象,采用DEFORM建立模块固溶冷却过程的数值模型,研究了模块在水冷和油冷及两种固溶冷却工艺下的冷却行为、组织演变及应力演变规律,并从理论角度预测了模块可生产的最大规格。结果表明,水冷和油冷的模块心部均可避开碳化物析出,油冷下模块心表温差更小;两种冷却介质及工艺下模块心部最终组织的体积分数差异很小;模块表面和心部主要表现为热应力和组织应力;DIEVAR模块水冷和油冷的理论最大厚度分别为550、580 mm。

扩散退火对DIEVAR钢枝晶偏析和元素分布的影响

为研究高温退火工艺对DIEVAR电渣锭中合金元素Cr、Mo分布的影响,采用光学显微镜(OM)观察了DIEVAR电渣锭高温退火前后枝晶形态的变化,并利用电子探针(EPMA)对合金元素Cr、Mo的分布进行了定量分析,依据合金元素Cr、Mo的偏析比(SR),确定了DIEVAR电渣锭合适的高温均质化工艺。结果表明:从电渣锭表层到心部,枝晶逐渐粗大、二次枝晶间距逐渐增大。在1270℃下保温10 h后,枝晶组织消失,合金元素Cr、Mo的偏析比(SR)分别从1.73和2.84降低至1.23和1.45,合金元素分布均匀。结合不同高温扩散后合金元素的SR和分布情况确定了DIEVAR电渣锭锻前合适的高温扩散工艺为1270℃保温10 h,这与扩散动力学方程计算的结果相符。

DIEVAR模具钢的真空热处理工艺

研究了淬火工艺、冷处理和回火工艺对DIEVAR模具钢硬度和力学性能的影响。试验结果表明,经1020℃、4.5×10~5 Pa真空气淬的DIEVAR钢的力学性能最好;与未经冷处理的DIEVAR钢相比,经-100℃×2 h冷处理的DIEVAR钢硬度较高,但冲击韧度较低。DIEVAR钢产生二次硬化的回火温度为520℃左右。

回火温度对含钨DIEVAR钢组织和力学性能的影响

由于W在钢中具有优越的热强性、热硬性,对DIEVAR钢添加质量百分比为1.0%的W,经真空感应熔炼、锻打、退火后进行560℃和600℃的回火处理,再分别进行横向冲击、硬度和组织观察。结果表明,W有效地提高了DIEVAR钢600℃回火后的硬度和回火稳定性(2~3 HRC),冲击功相较DIEVAR钢有小幅提升,JmatPro计算结果表明,W-DIEVAR钢中形成了新的M2C和M7C3型碳化物,且扫描电镜显示W的添加抑制了DIEVAR钢的M23C6型碳化物析出和长大,使含1.0%W试验钢的碳化物大小达到纳米级别(20~200 nm)。

DIEVAR热作模具钢的元素偏析及均匀化热处理

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜能谱分析(SEM/EDS)、电子探针(EPMA)、Thermo-Calc热力学计算等方法,分析了DIEVAR热作模具钢电渣锭的铸态组织、析出相及元素偏析特征,并研究了高温均匀化热处理(1260、1280、1300℃)对其微观组织、碳化物及元素分布的影响规律。结果表明,DIEVAR热作模具钢铸态枝晶组织发达,二次枝晶较显著,Cr、Mo、V元素在枝晶间富集,其偏析程度大小顺序依次为Mo>V>Cr,枝晶间析出相为M_(23)C_(6)、M_(6)C和MC碳化物;随着均匀化温度的升高和保温时间的延长,枝晶组织逐渐变得模糊直至消失,碳化物回溶形成一定的元素扩散区并逐渐扩散,直至与基体充分融合,期间元素扩散快慢程度依次为Cr>Mo>V;根据均匀化热处理后枝晶形貌、碳化物回溶、元素扩散及Mo元素的残余偏析指数情况,综合实际工业生产成本考虑,确定DIEVAR钢的最佳均匀化热处理工艺为1280℃×8 h。

浅谈回火不当对热作合金工具钢的影响

分析了压铸模开裂的原因,对DIEVAR(8418)钢制定合理的回火工艺,在实际应用中取得良好的效果。

热处理工艺对DIEVAR热作模具钢组织与性能的影响

通过对DIEVAR热作模具钢分别在1020、1030和1050℃进行淬火,然后回火热处理,并利用热力学计算软件Thermo-Calc对其进行热力学计算,研究了热处理工艺对DIEVAR钢组织性能的影响。研究表明:在1020℃淬火处理下,碳化物主要为MC、M_(23)C_6和M_2C,模具钢硬度最低;在1030℃淬火处理下,碳化物主要为MC、M_(23)C_6和M2_C,模具钢硬度最高,为537. 23 HV0. 2,耐磨性最好,冲击性能较低;在1050℃淬火处理下,碳化物主要为MC、M_(23)C_6和M_6C,冲击性能最高,为11. 97 J,综合性能较好。

热作模具用H13和Dievar钢的热疲劳性能

对比研究了回火温度对热作模具用H13和Dievar钢热疲劳性能的影响。H13和Dievar钢经过520、580和640℃回火处理后,采用自主搭建的Uddeholm自约束疲劳试验装置分别对试样进行1000次热疲劳试验,并用热疲劳损伤因子对热疲劳损伤过程进行定量描述。结果表明,在相同回火温度下,Dievar钢具有较低的硬度和较高的冲击性能,抗疲劳性能优于H13钢。H13和Dievar钢在580℃回火处理后,碳化物尺寸分别约为10.1μm和6.3μm,H13钢碳化物含量高且尺寸大,导致韧性和抗热疲劳性能降低。

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。