压铸模具钢在热机械载荷作用下的微观组织演变行为研究
发布时间：2021-08-10 10:08
在恶劣的使用环境下,热疲劳开裂是压铸模具最重要的失效形式之一。压铸模具在服役过程中受到的机械应力和热应力波动均会诱发细小裂纹,这些裂纹将进一步扩展并最终导致材料失效。然而由于试验条件的限制,目前的研究工作多集中于研究热疲劳过程中热应力对材料微观结构的影响,而对于机械应力这部分的影响则鲜有涉及。由于当温度和应变场同时交变时,很难分析机械应变部分对材料显微结构的影响,因此本文聚焦于恒定温度下的单轴加载应变控制试验,并借助光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等检测手段系统研究了压铸模具材料在热机械载荷作用下的微观组织演变规律,探究了材料在热机械载荷作用下的循环软化和损伤机理,并率先揭示了压铸模具材料中存在应变诱导碳化物析出和粗化的现象,能够为合金成分和热处理工艺的优化提供理论依据,也能为材料的失效分析以及模具设计提供理论指导。利用膨胀仪对4Cr5Mo2NiV钢的相变特性进行了测定,并综合考虑晶粒度、残余奥氏体及强韧性配比对4Cr5Mo2NiV钢的热处理工艺进行了优化。结果表明:4Cr5Mo2NiV钢的最佳淬火温度为1030℃,回火工艺...
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２稳态循环应力－应变曲线％??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?ｃｙｃｌｉｃ?ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅ??１０??
目前压铸模具钢的热疲劳性能研究运用的试验方法主要有自约束热疲劳法、等温热疲劳试验法和热机械疲劳试验法。??自约束热疲劳试验法是目前压铸模具钢中研究热疲劳性能运用最为广泛种方法。通过对测试材料进行升温和降温循环试验，然后观察表面裂纹和计疲劳损伤因子，能够反映材料的热疲劳失效机理。但这种试验方法仅考虑了在服役过程中热应力部分的影响，而忽略了模具工作过程中受到的冲击等机力的影响［４９，５（３］。??等温热疲劳试验法是在某一恒定温度下，通过对材料循环施加机械载荷来材料失效的方法。此方法虽然考虑了材料在服役过程中机械应力对材料疲劳的影响，但却忽略了温度交变对模具力学性能和显微组织的影响规律［５Ｕ５２】。??热机械疲劳试验能模拟模具在循环机械载荷和热载荷耦合作用下的热机劳行为，是目前最为贴近压铸模具实际服役工况的试验方法。但是由于试验昂贵，费用较高，试验周期也较长，此方法一直以来运用得并不广泛。二十
位错的密度和位错的组态均是影响材料疲劳性能的因素［６６］。早期关于疲劳机??理的研宄表明：疲劳过程与位错的前后运动有关。当应变具有单调性时，晶体表??面的滑移带就具有相对简单的拓扑形状，如图１．４（ａ）所示；而在循环载荷作用下，??滑移带则往往形成形状更为复杂的条纹状，如图１．４（ｂ）所示。位错的反复移动造??成滑移带里产生挤压变形［５９］，裂纹成核就始于稳定滑移带中最高应力集中区域??［６７】，如图１．５所示。不过当应变率印＜５ｘｌ〇４时，位错结构却没有任何变化［６８］。??ｊ交变应为??广??｜拉应为?丨交变应为??图１．４滑移带和表面相交处的表面等值线??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ａｔ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｌｉｐ?ｂａｎｄｓ?ａｎｄ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]回火温度对H10MOD二次硬化钢组织和力学性能的影响[J]. 胡春东,曾斌,孟利,董瀚. 热加工工艺. 2018(20)
[2]热作模具钢热疲劳行为的研究现状[J]. 王要利,宋克兴,张彦敏. 材料热处理学报. 2018(04)
[3]Effects of mechanical strain amplitude on the isothermal fatigue behavior of H13[J]. Yan Zeng,Peng-peng Zuo,Xiao-chun Wu,Shu-wen Xia. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(09)
[4]H13钢回火组织及碳化物转变规律[J]. 张程,黄进峰,窦梦阳,连勇,王俊峰,张尊君,周启明,张济山. 金属热处理. 2016(05)
[5]Ni对新型压铸模具钢连续冷却转变规律的影响[J]. 何雪松,左鹏鹏,吴晓春. 材料热处理学报. 2015(10)
[6]热锻模材料的发展现状与趋势-[J]. 吴晓春,施渊吉. 模具工业. 2015(08)
[7]高钨K416B镍基合金蠕变期间细小碳化物析出行为及热力学分析（英文）[J]. 谢君,于金江,孙晓峰,金涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[8]3DAP研究高碳高合金钢深冷处理过程的C偏聚行为[J]. 谢尘,吴晓春,闵娜,沈贇靓. 金属学报. 2015(03)
[9]新型热作模具钢SDH3-Mod的热稳机理研究[J]. 计天予,吴晓春. 材料科学与工艺. 2014(06)
[10]高Ti钢中Ti（N,C）的应变诱导析出行为[J]. 蔡宁,鞠新华,孟振生,贾惠平,郝京丽. 材料研究学报. 2013(06)
博士论文
[1]压铸模具钢热机械疲劳行为及损伤机理研究[D]. 左鹏鹏.上海大学 2018
[2]喷射成形新型热作模具钢的组织与性能研究[D]. 张金祥.北京科技大学 2015
[3]相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用[D]. 张洋.大连海事大学 2007
[4]新型高Cr热作模具钢的组织与性能[D]. 隋鹤龙.吉林大学 2006
[5]铌微合金化H13钢的热疲劳行为[D]. 胡心彬.上海大学 2005
硕士论文
[1]Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与性能的影响[D]. 王剑星.重庆大学 2010
[2]热作模具钢在回火及低周疲劳过程中的组织演变[D]. 王晓俊.大连海事大学 2004
本文编号：3333866
【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２稳态循环应力－应变曲线％??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ?ｃｙｃｌｉｃ?ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅ??１０??
目前压铸模具钢的热疲劳性能研究运用的试验方法主要有自约束热疲劳法、等温热疲劳试验法和热机械疲劳试验法。??自约束热疲劳试验法是目前压铸模具钢中研究热疲劳性能运用最为广泛种方法。通过对测试材料进行升温和降温循环试验，然后观察表面裂纹和计疲劳损伤因子，能够反映材料的热疲劳失效机理。但这种试验方法仅考虑了在服役过程中热应力部分的影响，而忽略了模具工作过程中受到的冲击等机力的影响［４９，５（３］。??等温热疲劳试验法是在某一恒定温度下，通过对材料循环施加机械载荷来材料失效的方法。此方法虽然考虑了材料在服役过程中机械应力对材料疲劳的影响，但却忽略了温度交变对模具力学性能和显微组织的影响规律［５Ｕ５２】。??热机械疲劳试验能模拟模具在循环机械载荷和热载荷耦合作用下的热机劳行为，是目前最为贴近压铸模具实际服役工况的试验方法。但是由于试验昂贵，费用较高，试验周期也较长，此方法一直以来运用得并不广泛。二十
位错的密度和位错的组态均是影响材料疲劳性能的因素［６６］。早期关于疲劳机??理的研宄表明：疲劳过程与位错的前后运动有关。当应变具有单调性时，晶体表??面的滑移带就具有相对简单的拓扑形状，如图１．４（ａ）所示；而在循环载荷作用下，??滑移带则往往形成形状更为复杂的条纹状，如图１．４（ｂ）所示。位错的反复移动造??成滑移带里产生挤压变形［５９］，裂纹成核就始于稳定滑移带中最高应力集中区域??［６７】，如图１．５所示。不过当应变率印＜５ｘｌ〇４时，位错结构却没有任何变化［６８］。??ｊ交变应为??广??｜拉应为?丨交变应为??图１．４滑移带和表面相交处的表面等值线??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｃｏｎｔｏｕｒｓ?ａｔ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｌｉｐ?ｂａｎｄｓ?ａｎｄ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]回火温度对H10MOD二次硬化钢组织和力学性能的影响[J]. 胡春东,曾斌,孟利,董瀚. 热加工工艺. 2018(20)
[2]热作模具钢热疲劳行为的研究现状[J]. 王要利,宋克兴,张彦敏. 材料热处理学报. 2018(04)
[3]Effects of mechanical strain amplitude on the isothermal fatigue behavior of H13[J]. Yan Zeng,Peng-peng Zuo,Xiao-chun Wu,Shu-wen Xia. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(09)
[4]H13钢回火组织及碳化物转变规律[J]. 张程,黄进峰,窦梦阳,连勇,王俊峰,张尊君,周启明,张济山. 金属热处理. 2016(05)
[5]Ni对新型压铸模具钢连续冷却转变规律的影响[J]. 何雪松,左鹏鹏,吴晓春. 材料热处理学报. 2015(10)
[6]热锻模材料的发展现状与趋势-[J]. 吴晓春,施渊吉. 模具工业. 2015(08)
[7]高钨K416B镍基合金蠕变期间细小碳化物析出行为及热力学分析（英文）[J]. 谢君,于金江,孙晓峰,金涛. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(05)
[8]3DAP研究高碳高合金钢深冷处理过程的C偏聚行为[J]. 谢尘,吴晓春,闵娜,沈贇靓. 金属学报. 2015(03)
[9]新型热作模具钢SDH3-Mod的热稳机理研究[J]. 计天予,吴晓春. 材料科学与工艺. 2014(06)
[10]高Ti钢中Ti（N,C）的应变诱导析出行为[J]. 蔡宁,鞠新华,孟振生,贾惠平,郝京丽. 材料研究学报. 2013(06)
博士论文
[1]压铸模具钢热机械疲劳行为及损伤机理研究[D]. 左鹏鹏.上海大学 2018
[2]喷射成形新型热作模具钢的组织与性能研究[D]. 张金祥.北京科技大学 2015
[3]相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用[D]. 张洋.大连海事大学 2007
[4]新型高Cr热作模具钢的组织与性能[D]. 隋鹤龙.吉林大学 2006
[5]铌微合金化H13钢的热疲劳行为[D]. 胡心彬.上海大学 2005
硕士论文
[1]Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与性能的影响[D]. 王剑星.重庆大学 2010
[2]热作模具钢在回火及低周疲劳过程中的组织演变[D]. 王晓俊.大连海事大学 2004
本文编号：3333866
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