热作模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的磨损及高温氧化性能研究

发布时间：2020-03-26 15:51

【摘要】：随着国内外模具工业的飞速发展,模具材料的服役的温度和载荷也在不断提升,对热作模具钢的性能也提出了更加严苛的要求。本论文所研究的4Cr4Mo2NiMnSiV钢,作为镶块模具用钢,不但要求其具有良好的强韧性,同时在高温高挤压高摩擦的工作条件下,也要求材料具有良好的高温耐磨性和抗氧化性能。本文通过分析合金元素对材料性能的影响,设计新的钢种。利用光学显微镜,扫描电镜以及拉伸、冲击试验机等分析测试手段技术来研究材料的组织及力学性能,优化热处理工艺。同时对合金钢的高温磨损及高温氧化性能进行研究。对铸态合金钢的不同热处理后性能研究表明:试验钢在铸态条件下:硬度为53.8HRC,抗拉强度、延伸率分别1200MPa和4.5%。铸态组织中存在较为严重的枝晶偏析,材料经过830℃保温5h后炉冷的退火处理后,硬度值为32.5HRC,材料组织中可以看到在珠光体基体上弥散的分布着细小的碳化物颗粒。可以作为材料的最佳预处理工艺。合金钢的最佳单液淬火+回火工艺:1000℃奥氏体化30min,油淬,590℃回火2h,二次回火,此时材料硬度为53.6HRC,抗拉强度为1544.6MPa,延伸率为7.22%;最佳等温淬火+回火工艺:950℃奥氏体化30min,350℃盐浴3h,300℃回火2h,二次回火;此时材料硬度为44.3HRC,抗拉强度为1562.7MPa,延伸率为8.45%。对合金钢的高温磨损性能研究发现:合金钢的硬度、显微组织对其磨损率和摩擦系数能都有一定影响,马氏体+贝氏体复相组织具有较高的耐磨性。随着实验温度的升高,合金钢的磨损性能也有所变化,在200℃时试样钢的磨损率最大,随后开始降低。高温磨损的磨损表面上存在着大量的细小颗粒,XRD分析表明主要成分为Fe_2O_3,Fe_3O_4;通过对比试验发现,马氏体+贝氏体组织的合金钢具有最好耐磨性,其次为马氏体合金钢,而参与对比的H13钢(C:0.4,Cr:5.15,Mo:1.45,V:0.9,Si:1.04)耐磨性要低于合金钢。在600℃、700℃大气环境下对材料进行了200h的高温氧化实验,其中H13钢单位时间氧化增重最少,等温淬火合金钢次之,单液淬火合金钢增重最多。XRD结果表明,在600℃氧化时,氧化层产物多为Fe的氧化物;700℃氧化时氧化层出现了不同种类的Ni,Cr氧化物以及铁的氧化物。
【图文】：

过程图,金属氧化膜,过程

第 1 章绪论氧化物的过程，可以用式（1-1）的表达式来描述：xM+y/2O2 MxOy（1-1）式中 M 表示发生氧化的金属（合金，金属间化合物，纯金属），O2可以是纯氧也可含有氧气的其它干燥气体。氧原子会不断地在金属晶格内扩散并溶解，直至晶格内量达到饱和，当金属和氧的亲和力足够大时，表面的金属离子和氧原子就会形核，晶核长大后就形成了金属表面的氧化膜[26]。金属的高温氧化大致可以分为五个阶段，如图 1.1 所示。在氧化的开始阶段，子不断的撞击金属表面，被金属吸附，这两个阶段主要依靠范德华力来完成，之分子开始分解成原子，此时 O 原子核内的电子发生化学吸附。随后便进入了氧化膜成和长大阶段。

金相,实验流程

哈尔滨工程大学硕士学位论文实验测试。2.2 实验流程本课题根据材料设计→工艺优化→性能测试的材料设计原则，先依据背景资料了解所需钢的性能要求，设计合理的合金成分。再用热力学软件对 CCT 曲线的模拟测试，辅助选择合理的热处理工艺。在性能检测方面，选择基础组织测试（金相与 SEM），，常温力学性能测试（硬度、常温拉伸测试及常温冲击试验），高温氧化性能测试、高温磨性能损测试以及化学腐蚀性能测试。具体工艺流程如图 2.1 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.45;TG161

【参考文献】