H11钢锻模挤压铸造模具设计及成形工艺

为了减少热锻模的加工量,节省模具钢,采用挤压铸造方法生产H11钢热锻模。给出了挤压铸造锻模合理的模具结构和合适的工艺参数。为了取件方便,成形模具的凸模和凹模均采用组合结构。结果表明,得到的挤压铸造件的尺寸和性能都达到了设计要求,加工工时减少了1/3,降低了加工成本。

失效理论在机械传动轧辊用H11合金钢断裂分析中的应用

以断裂失效H11合金钢轧辊为对象,研究其化学成分、硬度、微观组织和夹杂物特征,并对其失效原因进行分析。结果表明,失效轧辊中Cr和Mo的含量明显低于国家标准,导致辊颈表面硬度下降。轧辊微观组织中,存在超大型夹杂物和尺寸大于10μm的尖端夹杂物,破坏了材料组织的连续性,降低了材料的强度和韧性。

H11模具钢激光宽带相变硬化处理

研究H11钢在激光宽带扫描作用下各工艺参数对淬火层的影响,对H11钢显微硬度进行了测量分析,对H11钢不同搭接量进行了选择,并对H11钢淬火硬层显微镜组织进行了观察分析.

H11钢锻模液态模锻试验与模具结构改进

介绍了对H11钢锻模液态模锻试验的工艺流程,分析了原模具结构的不足,并进行了改进。模具设置了防飞溅装置、冷却系统及溢流装置。结果表明,得到的液态模锻制件的尺寸和性能都达到了设计要求。

热处理工艺对H11热作模具钢力学性能的影响

通过优化设计热处理工艺,研究了不同回火工艺对H11热作模具钢力学性能的影响。试验结果表明:进行二次回火处理、适当增加回火时间并降低回火温度,可以析出更多细小、弥散分布的碳化物并充分释放淬火应力,从而可以显著提升H11热作模具钢的强度、硬度、塑性及韧性。优化后的600℃保温2.5 h两次回火工艺较传统的一次回火,材料的硬度提高12.1%;屈服强度和抗拉强度分别提高6.7%和14.1%;伸长率和断面收缩率分别提高65.2%和177.2%;断裂韧性提高48.2%;室温冲击韧性提高31.8%。根据拉伸断口形貌的分析,经优化回火工艺的试样断口有大量的韧窝及二次裂纹,断裂特征为典型的韧性断裂。

4Cr2Mo WVNi与H11模具钢离子渗氮耐磨性能研究

对4Cr2MoWVNi和H11模具钢进行了对比磨损试验,研究了渗氮对两钢种耐磨性的影响。结果表明,无论试样渗氮与否,4Cr2MoWVNi钢的热耐磨性均优于H11钢。4Cr2MoWVNi钢连杆热锻模寿命优于H11钢。模具正常失效形式均为热磨损。

挤压锻温度对固态再生H11钢组织和性能的影响

以回收的H11钢车削屑获得的粉末为原料,利用粉末压坯和挤压锻工艺制备样品,并结合拉伸实验、硬度测试、XRD,SEM,TEM等分析手段,研究了1100~1220℃不同挤压锻温度对固态再生H11钢组织结构和力学性能的影响.结果表明:样品固结效果良好;挤压锻温度为1220℃时,材料密度可达95.8%;挤压锻温度达到1140℃后,基体中析出Fe 7C 3相;随着挤压锻温度从1100℃升高至1220℃,沿挤压方向的硬度从2.5 GPa增加至4.4 GPa,抗拉强度从451 MPa增加至808 MPa,但延伸率从3.1%降低至0.7%.

H11热作模具钢水淬的有限元模拟和验证

为准确预测厚大H11钢工件水淬过程中表面和心部的温度变化,检测了尺寸为400mm×340mm×300mm的H11钢试件在水淬过程中,心部、离表面10mm深度处和离中心66mm和133mm处的实时温度。建立了试件的热处理数学模型,模拟分析了试件在水淬过程中的温度场、应力场和组织场。结果表明:试件中上述各个部位测定的温度场、应力场和组织场与计算结果吻合良好;在淬火冷却约1000s时,试件心部与表面的应力差达到最大值,说明大尺寸H11钢工件水淬过程中有一个易发生较大畸变或开裂的危险时段。

模具钢4Cr2MoWVNi与H11钢耐磨性的对比研究

对4Cr2MoWVNi钢和H11钢进行对比磨损试验,研究了两钢种及渗氮条件对其耐磨性能的影响。结果表明,无论试样渗氮与否,4Cr2MoWVNi钢的热耐磨性能均优于H11钢。采用这两种模具材料用于连杆热锻模,4Cr2MoWVNi钢热锻模寿命均优于H11钢,模具正常失效形式均为热磨损。

钼粉末合金与模具钢摩擦焊接组织特征分析

采用微观组织分析、硬度测试以及电子探针线分析等方法 ,对复合热顶头材料 TZM钼基粉末合金与 H1 1模具钢的摩擦焊接性进行了研究 ,探讨了焊接规范对接头组织、硬度以及扩散层厚度的影响。结果表明 ,这两种材料在摩擦焊接过程中存在着摩擦面向 H1 1模具钢侧转移的现象 ,这主要与两摩擦副在耐磨性和高温强度方面的差异有关 ;且摩擦焊接过程中的热力耦合作用有利于近缝区晶粒细化 ,以及 TZM粉末合金中孔隙的闭合 ;此外 ,采用强焊接规范可获得良好、无缺陷的摩擦焊接头。

H13钢Φ130~150 mm热轧材探伤不合格原因分析及改进措施

从H13钢和H11钢Φ130~150 mm热轧材的化学成分、生产工艺及探伤合格率的对比分析得出,平均V含量从0.5%提高到1.0%是导致探伤不合格的关键性因素。根据缺陷分析结果并结合Φ380 mm连铸圆坯低倍组织,得出导致H13钢探伤合格率低的原因是连铸坯中心缩孔在轧制过程中未焊合。通过改进连铸工艺和轧制开坯工艺,将拉速从0.58 m/min提高至0.65 m/min,S-EMS从650 A/5 Hz改进为200 A/8 Hz,开坯增加6,8,9道次压下量从原~60 mm至70~85 mm,将Φ380 mm坯型更改为Φ500 mm,使Φ130 mm H13钢探伤合格率从原来50%左右提升至99.8%,Φ150 mm H13钢探伤合格率从原来15.5%提升至97.2%。

压铸模具用H11钢大型模块真空等温淬火过程的数值模拟

基于金属-热-力耦合理论,以压铸模具用H11钢大型模块(500 mm×500 mm×500 mm)为研究对象,建立真空等温淬火过程中模块的多物理场耦合模型,并进行数值模拟研究了模块的温度场、组织场和应力场在不同等温淬火工艺下的变化规律。结果表明,与直接淬火相比,等温淬火工艺可以有效减少模块冷却过程中的心表温差与应力,避免变形和开裂的风险。等温淬火工艺可以在避开珠光体形成和碳化物沿晶析出的前提下提升大型模块心部的贝氏体体积分数,并且随着等温时间的增加,心部贝氏体体积分数也不断增加。利用工业真空炉对模块进行500℃等温1 h淬火处理验证,所得模块不同位置的温度变化曲线与模拟结果较为吻合,且真空等温淬火后模块心部生成的贝氏体类型为韧性较好的下贝氏体。

H11钢大型压铸模块真空气淬的数值模拟与试验

采用数值模拟与试验相结合的方法研究了淬火压力对H11钢大模块(500 mm×500 mm×500 mm)真空气淬过程中的温度场、组织场和应力场的影响。结果表明,更大的淬火压力具有更好的冷却效果,但与此同时也会造成更大的淬火应力从而增加模块开裂的风险。模块整体的冷速随着淬火压力的增加而加快,在高温相变区(600~800℃),8 bar淬火压力模块心部的最大冷速为0.20℃/s,比4 bar淬火压力高0.06℃/s。8 bar和4 bar淬火压力下模块的最大应力分别为655 MPa和437 MPa。通过试验验证得知,4 bar淬火压力下模块心部出现了沿晶碳化物,故H11钢大模块真空气淬的过程中在600~800℃其心部冷速至少要≥0.16℃/s。

钙含量对H11模具钢冲击功的影响机理

冲击功是评价H11模具钢服役性能的重要特征之一。针对国内某钢厂生产的H11模具钢出现冲击功波动较大的现象,结合微观组织分析、夹杂物表征及对比分析和热力学理论计算,探究了导致H11具钢冲击功波动的主要原因和Ca对MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物的转变机理。研究结果表明,大尺寸的Ds类夹杂物是导致H11模具钢冲击功较低且波动较大的主要因素(试验钢室温无缺口冲击吸收功平均值由(327±3.4)J降低至(233±26.1)J),确定了钢中的Ca含量是导致D/Ds类夹杂物超标的主要原因。结合商业热力学软件FactSage 8.2计算结果可知,当试验钢中Ca质量分数较低(<0.0005%)时,H11模具钢中夹杂物以高熔点MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物为主,此类夹杂物不容易聚合长大;但当试验钢中Ca质量分数较高(0.0009%)时,由于Ca对MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物的改性作用导致钢中夹杂物以容易聚合长大的低熔点CaO-MgO-Al_(2)O_(3)类夹杂物为主,但是此类夹杂物很难从钢液中去除,导致了H11模具钢中Ds类夹杂物超标。同时发现,在冲击载荷作用下,大尺寸夹杂物(>10μm)会首先从基体中脱粘并引起微裂纹,微孔周围内应力的局部集中导致了裂纹萌生和裂纹扩展,进而降低了试验钢的冲击吸收功。最后,提出通过优化冶炼工艺过程降低Ca含量是解决H11模具钢中大尺寸夹杂物超标问题的主要攻关方向。

H13和H11钢在A356铝合金热液中的静态浸蚀

研究了H13钢和H11钢在680℃热铝合金液中浸蚀1、3和5 h的腐蚀过程。结果表明:随浸蚀时间延长,两种钢均从局部腐蚀扩展为全面腐蚀,且钢材质量损失逐渐增大,但H13钢受浸蚀影响更大,当浸蚀5 h时,H13钢损失17.58 g,而H11钢仅损失2.68 g。两种材料的腐蚀均开始于α铁素体的位置,5 h后与铝合金界面均出现复合层过渡区,H13钢表面形成3重复合层形貌,且过渡区平均厚度为100μm,H11钢表面形成两重复合层形貌,且过渡区平均厚度为210μm。

Al对淬回火H11钢力学性能和碳化物的影响

研究了Al质量分数为0.77%及不含Al的H11钢在不同淬回火处理工艺下的硬度和冲击功的变化规律,并对两种钢原始退火态、1060℃淬火、1060℃淬火＋510℃回火、1060℃淬火＋560℃回火和1060℃淬火＋600℃回火处理后的试样进行碳化物萃取,同时借助扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析了Al对H11钢中碳化物形态及类型的影响.结果表明：（1）Al能提高H11钢的冲击韧性和回火硬度,但会使淬火硬度有所降低.（2）Al可以促进H11钢淬火过程中碳化物的溶解和元素的均匀分布.（3）Al会阻碍H11钢回火过程中碳化物的析出和聚集,这种作用在560℃以下回火时更加显著.（4）Al可以使H11钢回火时的（Fe,Cr）2C、MoC、Cr7C3类碳化物更加稳定,抑制（Fe,Cr）3C、Mo2C和Cr（23）C6类碳化物的析出,这是因为Al可以阻碍H11钢中碳及合金元素在回火过程中的聚集.

Al对H11钢淬火后硬度的影响

将含有质量分数为0.77%Al和不含Al的H11钢在1010~1130℃加热保温0.5 h后油冷至室温,测试两者在不同温度奥氏体化后淬火的硬度。然后,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试手段分析了两者显微组织的差异。结果表明:前者淬火后硬度始终比后者低2.5~4.0 HRC。Al的添加降低了H11钢淬火后的残留奥氏体含量,同时增加了淬火后马氏体中含碳量,理论上可以提高H11钢淬火后硬度;然而,Al促进了奥氏体化过程中碳化物的溶解,使H11钢未溶碳化物减少,钉扎作用减弱,促进晶粒粗化,不但抵消了由于马氏体中含碳量增加而引起的硬度上升,还导致淬火后硬度进一步显著降低。因此,Al对奥氏体化过程中碳化物的影响才是H11钢淬火后硬度下降的主导因素。