激光硬化与渗氮复合处理H13钢组织与性能

通过激光淬火/离子渗氮复合方法对H13钢进行表面改性处理,从而提高其表面的性能.利用X射线衍射技术、光学显微观察、扫描电子显微观察、能谱分析技术、显微硬度和纳米测试系统以及高频往复磨损试验,分别研究了离子渗氮、激光淬火、以及激光淬火与离子渗氮复合处理对H13钢改性层组织结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响过程和影响机理.结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的综合性能.和单一渗氮处理相比,复合处理改性层硬度和有效硬化层深度分别从1180 HV和80μm提高至1360 HV和550μm,摩擦系数和磨损率分别从0.68和5.78×10^(-8)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)降低至0.59和1.35×10^(-8)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1).试样的硬度和耐磨性显著增加,平均摩擦系数明显降低.

H13热作模具钢表面强化层耐磨性能研究进展

H13钢被广泛用于铝合金、镁合金等金属的热挤压模和压铸模,服役环境恶劣,常规处理淬、回火后,耐磨性严重不足,易导致热疲劳裂纹的产生,从而影响模具使用寿命和产品质量。对H13热作模具钢表面进行强化是提高耐磨性及服役寿命的有效手段。综述了国内外关于H13热作模具钢表面强化的研究现状及进展,并对H13模具钢表面改性技术发展方向做出展望。

H13钢模具冲头早期断裂原因

在对某钻杆接头进行锻造加工时,H13钢模具冲头发生早期断裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、硬度测试、金相检验等方法分析其早期断裂原因,并结合实际工况,对断裂冲头进行有限元热模拟试验。结果表明:冲头断口呈塑性断裂特征,在接头冲模成型时,冲头在接头内部停留时间过长,使冲头温度超过700℃,内部组织发生了转变,强度急剧降低,最后导致冲头发生拉拔塑性断裂现象。

m6A甲基转移酶ZC3H13在肿瘤中的研究进展

N6-甲基腺苷(m6A) RNA修饰在肿瘤的发生发展中起着非常重要的作用。m6A的写入器、擦除器和读取器在m6A修饰中发挥重要的生物学作用。越来越多的研究证实m6A基因的异常跟癌症的发生发展密切相关。ZC3H13在多种系统肿瘤中异常表达,且与肿瘤的恶性程度密切相关。本研究就m6A甲基转移酶ZC3H13在各系统肿瘤中的研究进展进行综述。

H13热作模具钢热处理工艺研究

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及拉伸试验等设备研究了不同淬火温度和回火温度对H13热作模具钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过进行二次回火处理,并适当降低回火温度,可以有效地析出更多细小、弥散分布的碳化物,并充分释放淬火应力。H13热作模具钢的硬度和强韧性得到了显著提升。在淬火温度为1 000℃、回火温度为520℃进行二次回火时的力学性能较好,回火马氏体尺寸较小,组织分布更均匀。此条件下的硬度为487 HV,抗拉强度可达到1 779 MPa,伸长率为11.5%。通过拉伸断口形貌的分析可看出,经过回火工艺处理后的样品断口呈现出大量的韧窝,其断裂特征表现为典型的韧性断裂。此外,还对H13钢在520~600℃回火过程中的软化行为进行了动力学建模。

La处理对H13热作模具钢中夹杂物的影响

采用真空感应炉熔炼H13模具钢,在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭,研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明,La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果,随La含量的提高,夹杂物的数量呈上升趋势,夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时,H13钢中夹杂物主要为Al_(2)O_(3)和MnS;当H13钢中w[La]为0.016%时,钢中夹杂物以La_(2)O_(2)S为主;当w[La]为0.045%和0.073%时,钢中夹杂物主要为LaP和La_(2)O_(2)S。热力学计算表明,在1600℃下钢液中,La处理后夹杂物的转变过程为Al_(2)O_(3)→LaAlO_(3)→La_(2)O_(2)S。在凝固过程中,钢液中首先析出La_(2)S_(3),当温度继续降低,LaP开始在La_(2)S_(3)和La_(2)O_(2)S表面析出,最终形成复合夹杂物La_(2)O_(2)S-LaP和La_(2)S_(3)-LaP。

H13模具钢电子束选区熔化热行为的模拟研究

为了提高H13模具钢在电子束选区熔化技术过程中成型件的表面质量,并探明其成型过程缺陷问题的原因,文章基于离散元法建立了随机分布的金属粉末床模型,对熔体的热流体动力学行为进行数值模拟。单道结果表明,当电子束功率从600 W提高到1 080 W,扫描速度为1.5 m/s时,单道熔池平均深度从15.2μm增加到49.2μm,单道熔池宽度从79.2μm增加到140.1μm,同时发现电子束功率为960 W,单熔道形貌表面质量最好。双道结果表明,Z型扫描路径会导致熔道的一端形貌粗糙,S型扫描路径熔道内易形成热量累积现象。当电子束能量较低时,会出现球化效应和单道不平直现象。当电子束能量较高时,熔道易出现热量累积现象,影响后续的熔道形貌和尺寸。

激光熔化沉积H13钢微观组织及力学性能研究

激光熔化沉积技术在模具修复行业有着巨大应用前景,而沉积部件的微观组织和力学性能随激光参数变化的规律对模具修复工艺窗口的选择具有重要意义。采用激光熔化沉积技术制备了H13钢,研究了不同激光功率和扫描速度下H13钢沉积层微观组织演变及其对力学性能的影响。结果表明,激光功率一定时,随着扫描速度由400 mm/min增加到600 mm/min,马氏体尺寸细化,含量增加,沉积层的硬度提高约3%、塑性降低约1%,而强度先增加后减少;缺陷增多导致其与基体的结合强度下降约20%。扫描速度一定时,随着激光功率由1800 W增加到2200 W,马氏体尺寸增大、含量减少,沉积层硬度降低约5%,强度和塑性分别提高约34%和2%;同时缺陷减少使得结合强度提高约58%。

电火花加工对H13钢表面完整性及力学性能的影响

对H13钢进行电火花加工,研究了电火花加工对其微观形貌、物相组成、残余应力、显微硬度和冲击性能的影响。结果表明:电火花加工后H13钢表面出现熔融颗粒、陨石坑、孔洞、微裂纹等缺陷,截面分为白亮层、热影响区、回火区和基体;白亮层中存在柱状晶、柱状树枝晶、等轴晶、共晶组织等,显微组织包括马氏体、残余奥氏体、Fe_(3)C、Fe_(7)C_(3)、(Cr,Fe)_(7)C_(3)、Fe_(0.3)Mn_(2.7)C等相;相比基体,白亮层中的碳元素和残余奥氏体含量增加;电火花加工后H13钢表层的残余应力和显微硬度均高于基体,且随着距表面距离增加,均先增大后减小,最大分别为575 MPa、647.3 HV;电火花加工后H13钢的冲击功比磨削加工后下降了35.56%,冲击断口出现大量撕裂棱,还有韧窝、解理面、大尺寸剥离面,为准解理断裂。

不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响

为了更好探究不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响,选用直径与圆弧半径均相同的三种硬质合金铣刀,设定不同的切削螺旋角、周刃前角以及周刃后角,选用立式加工中心对H13淬硬材料进行加工,收集与分析三种不同结构参数刀具的切削力、断屑性能以及磨损量,结果表明当刀具周刃前角和后角等变大时,刀具切削力会越来越小,同时周刃前角对刀具切削力的影响更大;切削螺旋角对铣削温度的影响最大,当切削螺旋角为30°时切削温度最小;当铣刀的周刃前角较大时,能够更好将切屑排除出去,并减小切削力,降低磨损量。

CaF_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO渣系对H13热作模具钢电渣锭冶金质量的影响

模具钢的组织与性能是影响模具使用寿命的关键因素。电渣重熔是目前高端模具钢锭生产的主流工艺,而渣系对电渣锭的纯净度、夹杂物水平和成分偏析等均有较大影响。本研究设计了3种不同配比的CaF_(2)-Al_(2)O_(3)-CaO渣系,利用金相显微镜、扫描电子显微镜等检测手段研究了渣系对电渣锭脱硫率、气体含量、带状组织和冲击功等的影响,并分析了不同渣系生产的H13钢电渣锭组织与冲击性能。结果表明,使用48%CaF_(2)-23%Al_(2)O_(3)-23%CaO和38%CaF_(2)-28%Al_(2)O_(3)-28%CaO渣系生产出的电渣锭的夹杂物水平高,且钢中各类夹杂物评级均低于0.5级。采用38%CaF_(2)-28%Al_(2)O_(3)-28%CaO渣系生产的H13钢电渣锭,成分偏析和带状组织减少,横向无缺口冲击功达到384.67 J。

H13热作模具钢断裂原因分析及热处理工艺改进

对H13热作模具钢在其生产加工的过程之中产生的断裂缺陷进行了研究,对断裂试样进行金相组织观察等检测,发现断裂原因是其热处理工艺不佳。使用JMatPro软件对H13热作模具钢组成进行模拟,对其在不并在同温度下的相进行研究和分析,快速确定其最佳的热处理工艺参数范围为在1,030℃下进行高温正火后在球化退火,并且淬火温度设为1,000℃~1,040℃,回火温度不高于580℃。

不同表面处理下H13钢的高温摩擦磨损行为

为研究H13钢在抛丸和喷砂处理下高温摩擦磨损行为,利用UMT-3高温摩擦磨损试验机、扫描式电子显微镜、能谱仪和三维共聚焦表面轮廓仪等设备分析了H13钢在不同温度下的摩擦因数、磨面形貌、磨痕成分、磨损体积及磨痕深度。结果表明,抛丸和喷砂处理的H13钢表面硬度和粗糙度均比未处理的高。喷砂处理的试样在磨损前期摩擦因数波动小,更早进入稳定摩擦阶段。620℃时磨损体积由未处理的6×10^(-3)mm^(3)降低至喷砂处理的4×10^(-3) mm^(3),最大磨痕深度由40.423μm减小至16.837μm。未处理和抛丸处理的磨损机制分别为磨粒磨损和氧化磨损,喷砂试样中O元素含量大幅度降低,加工硬化效应使抵抗犁削和变形能力增强,磨损机制为氧化磨损和粘着磨损共同作用。经抛丸和喷砂处理的耐磨性能均比未处理要好,且喷砂处理的耐磨性能最佳。

H13钢激光淬火与离子渗氮复合工艺研究

为了提高热作模具钢的表面性能,研究了激光淬火、离子渗氮以及激光淬火/离子渗氮复合处理工艺对H13钢改性层的摩擦磨损性能和耐蚀性能的影响及影响机理。采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备对不同工艺热处理试样表面形貌、表面化学成分以及微观组织进行表征。结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的摩擦磨损性能,提高材料表面的耐蚀性。和单一激光淬火和单一渗氮处理相比,复合处理后改性层的平均摩擦系数明显降低,自腐蚀电位明显提高,表明复合处理后改性层的耐磨性显著增加,耐蚀性明显提升。

铌含量对H13钢微观组织和性能的影响

采用金相显微镜和硬度仪,研究了铌含量对H13钢组织和硬度的影响。结果表明,在860℃退火后,随铌含量的增加,均匀而细小的颗粒状或球状碳化物分散在微铌H13钢铁素体基体上,晶粒不断细化,组织更加均匀。在860℃下等温球化退火后,硬度随铌含量的增加而增大,铌含量为0.10%的试样硬度最大,硬度达74.2 HRC。

H13及H13改进型热作模具钢热处理过程中碳化物析出演化行为研究进展

航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进钢种存在两大性能缺陷(等向性差和高温热强性低),其均与碳化物的析出演化密切相关。基于前期科研人员对不同类型碳化物析出演变规律的深入研究,本文总结了在球化退火、高温扩散退火、淬火和回火各不同热处理阶段及凝固过程中H13及其改进型热作模具钢中不同类型碳化物的析出演变机理,分析了碳化物尺寸、数量和分布对材料力学性能的影响,归纳了对材料综合性能具有负面作用的相关碳化物进行调控的措施,对后续H13及其改进型热作模具钢的合金成分优化和热处理工艺改进具有参考价值。

H13钢表面激光熔覆的研究现状

综述了国内外H13钢表面激光熔覆的研究现状,从影响激光熔覆层组织和性能的角度着手,详细阐述了激光工艺参数、熔覆粉末对熔覆层性能的影响,介绍了激光熔覆技术的优化措施:仿真模拟技术、超声辅助技术、后热处理技术,并在文末提出了H13钢表面激光熔覆技术存在的问题及未来发展方向。

多弧离子镀CrAlSiN涂层对H13钢显微硬度和耐磨性的影响

研究了多弧离子镀CrAlSiN涂层对淬火、渗氮处理H13模具钢的显微硬度及摩擦性能。结果表明:较之于镀膜处理后的和未镀膜的共6种H13钢,淬火处理后H13钢显微硬度为530 HV;等离子渗氮处理H13钢的显微硬度为1095 HV;镀膜后的H13钢硬度达到2697 HV;镀膜后的淬火处理H13钢硬度为2840 HV,镀膜后的渗氮处理H13钢显微硬度是4010 HV。总体来看,镀膜后其磨损量明显降低,表面质量明显改善,耐磨性得到极大提升。

热轧态H13钢调质工艺参数模拟计算与实验验证

利用JMatPro软件,模拟计算得到热轧态H13钢平衡相组成、奥氏体连续加热转变(continuous heating transformation diagram of austenite,TTA)曲线图、过冷奥氏体连续冷却转变(continuous cooling transformation diagram,CCT)曲线图、淬透性曲线、碳化物和相转变曲线;结合性能要求,确定H13钢的调质工艺参数范围,并进行实验验证。实验结果表明:H13钢经1 050℃淬火后得到的最高硬度为53.4洛氏硬度(Rockwell Hardness C,HRC),50 mm处仍保持45 HRC以上的较高硬度;H13钢随着冷速的提升强度和硬度略有升高;现企业选用的工艺参数(1 050℃+45 min淬火,630℃+100 min回火)可行。

深冷处理对粉末床激光烧结成形的H13钢组织与力学性能的影响

基于气雾化法制备的H13钢粉体,为提高粉末床激光选区烧结成形(SLM)H13热作模具钢的强韧性,对沉积态样件首先进行“球化退火+油淬+回火(1次)”处理后,然后再进行“-196℃深冷处理研究+2次回火”处理。采用光学显微镜(OM)表征不同热处理态试件的微观组织;采用冲击试验机、洛氏硬度计以及显微硬度计等检测手段对不同热处理状态下的试件的冲击韧性、洛氏硬度、显微硬度进行了检测。结果表明:沉积态试样的硬度低于淬火态试样的硬度,而且淬火态试样马氏体板条轮廓清晰;试样经深冷处理后洛氏硬度平均提升1.5HRC;随深冷时间的延长,冲击韧性有逐渐降低的趋势。