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。

基于遗传算法NSGA-Ⅱ的H13模具钢深孔加工参数优化

针对枪钻深孔钻削H13模具钢刀具磨损快、加工温度高的问题,以枪钻切削速度、进给量、外刃第一后角为优化对象,并以钻削轴向力和刀具温度为评价指标,设计了BBD响应面优化试验,建立有限元仿真模型,获得轴向力和刀具温度的二次多项式回归方程,最后采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化求解非劣解集,与响应曲面优化结果相结合得到唯一解。结果表明:最终优化解切削速度为832.21r/min、进给量为0.011 2 mm/r、外刃第一后角为9.35°,轴向力和切削温度较低,此时钻削稳态平均仿真轴向力为611.2 N,实际轴向力为592.7 N;仿真温度为279.3℃,实际温度为321.1℃,为实际加工生产提供了参考方案。

H13模具钢电渣锭中夹杂物的类型以及分布规律分析

使用2t电渣重熔炉进行H13模具钢的制备。结合热力学计算、实验观察与统计分析,系统地研究了熔速为0.12kg/s条件下H13模具钢在电渣锭中的夹杂物类型、尺寸、形貌以及分布规律。结果表明,H13模具钢中主要的夹杂物类型为MgO·Al_(2)O_(3)和球形的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)。在电渣重熔过程中,MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物会演变为MgO·Al_(2)O_(3)+CaO·Al_(2)O_(3)混合类型夹杂物或者CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。同时,会有少量的S以各类夹杂物为形核质点进行析出,析出的成分主要为CaS,生成CaS包裹的CaO·MgO·Al_(2)O_(3)类夹杂物。在电渣锭中夹杂物尺寸主要以<5μm为主,5~<10μm的夹杂物较少,≥10μm的夹杂物仅有少量存在。这与电极中夹杂物的分布类似,但总体的夹杂物数量有所减少。径向分布呈现先增加再减少的趋势,在二分之一半径附近出现夹杂物的富集。

基于超声波探伤的H13模具钢心部缺陷检测方法

常规的H13模具钢心部缺陷检测方法主要通过结合机器视觉等算法,对扫描到的模具图像进行识别与检测,由于忽略了时域特征信息中的干扰项,导致缺陷检测精度较差。为此,基于超声波探伤技术的优势,以H13模具为例,对其钢心部缺陷尝试多种方法检测。先使用经验模态分解软阈值方法对H13模具的钢心部缺陷超声波进行去噪处理,并对超声波能量特征进行获取。然后结合时间窗函数,对时域特征信息进行提取,针对回波信息中的时域特征信息数据进行解析,从而获取高维时域特征,并采用瞬时关联函数,剔除掉高维特征数据中的分布干扰成分。最后,通过结合支持向量机,构建出最优分类超平面,将超声波时域特征信息作为支持向量机的输入数据,构建用于缺陷检测的最优分类超平面,将最优超平面所训练的目标设置为分类误差,构建出缺陷检测模型,实现H13模具钢心部缺陷检测。通过测试结果表明,对H13模具钢心部进行缺陷检测时,检测结果的查全率最高为0.73%,检测精度较高,具有较好的应用效果。

脉冲光纤激光毛化H13模具钢的实验研究

为研究激光毛化坑点的演变,采用脉冲光纤激光设备,以H13模具钢为实验试件进行激光毛化加工。选取激光功率、重复频率、扫描次数以及离焦量作为研究的工艺参数,采用单因素分析法分析毛化坑点特征参数的演变规律,并对毛化坑点周围表面做显微硬度检测。研究结果表明:毛化坑点直径以及深度随着激光功率的增大在逐渐增大,随着重复频率的增大开始逐渐减小;当激光扫描次数增加时,毛化坑点深度一直增大但直径呈现先增大后减小的状态;当增大激光离焦量时,毛化坑点直径随之增大;毛化坑点周围表面显微硬度都有一定的提升。

盐浴氮化+氧化和QPQ处理对H13模具钢抗铝液腐蚀性能的影响

H13模具钢作为铝型材的成型模具常被高温铝液腐蚀而失效。研究了盐浴氮化+氧化和QPQ处理工艺对H13模具钢抗铝液腐蚀性能的影响。使用SEM和XRD对比分析处理前后试样的显微组织,使用维氏硬度计分析铝液腐蚀前后渗层的硬度变化。结果表明,两种处理后在试样表面都形成了致密的Fe_(3)O_(4)氧化层和氮化层。经过高温铝液腐蚀后基体和渗氮层的硬度都有一定程度的下降,而渗氮层的硬度(600.9 HV0.1)仍然比基体的硬度(301.8 HV0.1)高1倍左右。腐蚀后,试样表面的致密氧化膜仍然存在,并且铝液失重率下降了90%以上,表明两种表面处理获得的试样的抗铝液腐蚀性能较好。同时,盐浴氮化+氧化工艺对优化H13钢的硬度和抗铝液侵蚀能力更为明显。

H13模具钢离子渗氮层的组织与性能

利用 10kW的等离子体气相沉积炉对H13钢进行了离子渗氮处理 ,研究了不同温度及时间对渗氮层组织及性能的影响。结果表明 ,采用合适的处理温度和时间 ,可以得到最佳的渗氮层化合物相组成及表面硬度 ,在保证一定的渗氮层深度条件下 ,H13钢的耐磨性能明显提高。

H13模具钢低温盐浴氮碳钒共渗工艺研究

探讨了H13模具钢的低温盐浴氮碳钒共渗工艺,并对渗层组织、硬度、渗层中的元素分布以及物相组成等进行了研究。结果表明:低温盐浴氮碳钒共渗工艺明显提高了H13模具钢的显微硬度,并且渗层中的物相有利于提高模具的热疲劳性能和耐磨性,采用该工艺处理H13热作模具,使用寿命有了明显改善。

超声辅助H13模具钢表面激光熔覆强化层组织分析

H13模具钢在制造业有广泛的应用,大多数的工作环境比较恶劣,表面经常会出现各种失效问题,因此需要对其表面进行强化处理.单一进行激光表面强化处理时,强化层的性能往往达不到预期需求,进而采用超声辅助的方法进行强化涂层的制备.基于超声辅助激光熔覆的过程中,通过对H13模具钢进行熔覆强化层的制备,探究超声功率对熔覆层尺寸及微观组织的影响.结果表明,施加超声振动后增大了熔池表面的润湿性,焊缝表面变得相对平坦,超声振动使熔覆层内的元素分布更加均匀,晶粒更加细化,施加超声振动后的熔覆强化层显微硬度比未施加超声振动提高了21%.用激光熔覆修复模具的同时施加超声振动,可以大幅度的提高模具表面的各种力学性能,延长模具的服役时间.

贫油润滑条件下H13模具钢表面微凹坑几何参数的优化研究

采用激光微造型技术在H13模具钢表面加工出不同参数的微凹坑,并在贫油条件下进行响应面试验。为了对凹坑几何参数进行全面优化,建立了摩擦系数与微凹坑几何参数间的数学模型。并通过试验验证了数学模型的准确性,其误差范围小于5%,可用于后续的优化分析。根据优化方案得到的凹坑参数最佳组合为：直径180.66μm、深度14.66μm、密度12.75%。与无织构试样相比,最优参数下试样的摩擦系数减小了56%。

H13模具钢激光相变强韧化处理研究

为了优化H13模具钢在激光窄带扫描作用下的工艺参数，介绍了激光功率P、扫描速度V、光斑直径D各工艺参数对淬火层的影响，分析了H13模具钢显微硬度测量结果，对H13模具钢不同搭接量的选择及显微组织进行了观察。结果表明，显微硬度沿激光作用区横向呈有规律分布，在未搭接区硬度值最高，在回火软化区硬度值最低。搭接量的选取范围为18％-20％时较合适，淬硬层最高硬度可达700HV以上。

H13模具钢粘结剂喷射增材制造工艺参数对成形质量的影响

为了探究H13模具钢粘结剂喷射成形过程中工艺参数对成形质量的影响,将打印层厚和粘结剂饱和度作为变量,进行了粘结剂喷射成形增材制造试验。对坯体相对密度和尺寸精度及烧结后成形件的显微硬度、表面粗糙度和致密度进行了测试,分析了打印层厚和粘结剂饱和度对成形质量的影响。结果表明,层厚和粘结剂饱和度能够显著影响制件成形质量。随打印层厚的增加,坯体的相对密度降低。粘结剂饱和度的增加会导致坯体尺寸精度和相对密度的降低,引起烧结件表面粗糙度的增大。打印层厚和粘结剂饱和度分别为75μm和80%时,坯体的相对密度达到最大值55.8%,但烧结致密度仅为79.5%。当打印层厚和粘结剂饱和度增加到150μm和125%时,烧结试样获得最高的致密度95.7%,此时显微硬度为785.7HV1,弥补H13模具钢在粘结剂喷射增材制造领域中成形及烧结工艺参数的空白。

刀具姿态对H13模具钢加工表面残余应力的影响

测量高速铣削条件下采用不同刀具姿态加工淬硬H13模具钢后的残余应力,实验结果表明:不同的刀具姿态对表面残余应力幅值有较大影响;相同的刀具姿态,切削方式不同也会影响表面残余应力的变化趋势。实验结果显示逆铣条件下前倾角15°、侧倾角-15°时表面残余压应力最大。分析刀具刃线与工件的接触几何模型特征,得出铣削后残余应力分布规律,优化高速铣削刀具姿态参数。

回火工艺对H13模具钢渗氮层的影响

用光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪等研究了淬火+不同回火工艺处理H13模具钢再经相同气体渗氮处理后的渗层组织,用显微硬度计测试了渗层横截面的硬度,分析了回火工艺对渗氮层的影响。结果表明:经淬火+两次350℃回火的试样再渗氮后渗层较致密,硬度变化较平缓,但渗层厚度低于淬火+两次600℃回火后渗氮试样的;淬火+两次600℃回火试样渗层的化合物层下有微裂纹,硬度变化较大;而淬火态直接渗氮试样未能获得具有良好综合性能的渗层。

H13模具钢等离子熔覆WC/Ni基复合涂层研究

以Ni60＋35%WC合金粉末为原料,采用等离子熔覆技术,在H13模具钢基体上熔覆WC/Ni基复合涂层。借助SEM、XRD分析涂层的显微组织;利用显微硬度计测试涂层的显微硬度;通过环-块磨损实验在MM-200磨损试验机上评估涂层的耐磨性能;采用线性极化法研究涂层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明：涂层组织均匀细小,主要由γ-（Ni,Fe）树枝晶以及枝晶间的γ-（Ni,Fe）与Cr23C6、Fe3W3C形成的共晶结构组成,在涂层底部分布有WC增强相;涂层的显微硬度可达590~650HV0.3;在室温干滑动磨损条件下,涂层的耐滑动磨损性与基体相比提高了1倍以上。在3.5%NaCl溶液中,涂层的耐腐蚀性能优于H13钢基体。H13钢经等离子熔覆WC/Ni基复合涂层后耐磨性能、耐蚀性能得到提高,可用于H13钢制模具的表面磨损修复。

H13模具钢表面激光熔覆Co基合金涂层的组织和性能

采用CO2连续激光器在H13模具钢表面制备Co基合金涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、显微硬度计和摩擦磨损试验机等设备分析测试了熔覆层的微观组织和性能。结果表明:激光熔覆层与H13钢基材之间呈现良好的冶金结合特征。熔覆层与基材的结合区为粗大柱状晶和细小共晶组织,熔覆层中部呈典型亚共晶组织特征,表层为致密而细小的亚共晶组织。经过激光熔覆处理后,H13钢基材表面硬度和耐磨性得到了显著改善。

Mg对退火后H13模具钢力学性能的影响

利用广州冶金研究所生产的H13模具钢为原料,通过对不同热处理阶段钢的力学性能进行测试并微观分析,得出结论:Mg的加入对H13模具钢的力学性能有一定影响,常规完全退火下无Mg钢强度跟硬度较高,韧性较低.含Mg钢出现含Mg、Al类复合夹杂物,成为裂纹扩展源.

高品质H13模具钢质量研究与分析

通过叙述高品质H13模具钢生产关键技术,并对比检测了国内外几家H13模具钢的成分、非金属夹杂物、显微组织、横向强度和冲击功等指标,莱钢模具钢质量已经达到或超过国外进口钢材水平。

H13模具钢激光表面熔凝强化工艺研究

使用Rofin FL010光纤固体激光器对H13模具钢进行表面熔凝强化处理,通过对不同工艺参数下的表面熔凝强化层硬度和耐磨性的比较,得到一组较优的工艺参数。试验结果表明,经激光表面熔凝强化的H13模具钢,其表面硬度和耐磨性大大提高。在本试验条件下,激光功率1000 W,扫描速度15 mm/s时,可以获得较好的硬度值和耐磨性。表面熔凝强化层硬度和耐磨性提高的原因在于生成了晶粒细小的马氏体组织。

100t EAF-LF-VD-CC流程中H13模具钢夹杂物的演变行为

本文针对100t EAF→LF精炼→VD处理→连铸流程生产的H13模具钢为研究对象,应用金相显微镜和扫描电镜分别对生产各环节钢中夹杂物的分布、尺寸、数量、微观形貌及成分进行检验分析。结果表明,钢中夹杂物由数量多、颗粒大逐渐转变为数量少、颗粒小;夹杂物面积百分比呈下降趋势;在夹杂物尺寸方面,呈现先由小变大再变小;在夹杂物的成分方面,开始由大量的单颗粒的Al2O3、团簇状Al2O3组成,随着工艺的进行成分以复合类的夹杂物为主,典型代表有CaO-Al2O3-MgO-SiO2、MgO-CaO-Al2O3、Al2O3-CaO-MgO-SiO2等夹杂。