稀土Gd改性5Cr5MoVAl铸造合金冷作模具钢组织与性能研究

发布时间：2017-09-16 15:02

  本文关键词：稀土Gd改性5Cr5MoVAl铸造合金冷作模具钢组织与性能研究

  更多相关文章： 模具钢 组织 性能 稀土

【摘要】：铸造合金模具钢主要应用在汽车大型覆盖件，作为模具接触件及轴类件使用，因此要求模具钢具有良好的机械性能。本实验通过以铸代锻的方法生产冷作模具钢，使其具有高硬度、高耐磨性以及空冷淬火不易开裂的特点，节省工时。合金化和热处理是常用的改善模具钢机械性能的方法。近年来稀土作为合金化元素，在模具钢中的应用研究较多，钢中添加稀土能够显著细化晶粒，改善晶界夹杂物的形貌，不降低硬度的同时提高抗拉强度和冲击韧性。 基于稀土在钢中的优良特性，本实验设计五组不同稀土添加量(0.010%,0.020%,0.032%,0.042%)的5Cr5MoVAl钢。热处理工艺包括等温球化退火，淬火和回火。等温球化退火是在860℃保温2小时，以10℃/min的速度炉冷到760℃保温4.5小时，保证硬度在250HB以下，满足对切削加工性能的要求。分别在1040℃、1080℃和1120℃淬火温度下保温30min后空冷到室温。在不同的回火温度(200℃,400℃,440℃,480℃,500℃,520℃,550℃,600℃)保温120min后空冷到室温。对不同热处理状态下的试样进行硬度的测量。根据硬度测量结果选择淬火温度为1040℃与1080℃，回火温度500℃两种热处理下的试样进行拉伸与冲击试验。采用SEM、EDS对不同热处理态的试样进行表面夹杂物的成分、数量及分布进行分析，结果表明：稀土的添加改变了组织中的夹杂物，由原来的Al2O3，AlN以及MnS，转变为稀土硫化物、稀土铝酸盐、稀土锰硫化物及大尺寸AlN夹杂。添加稀土的同时不可避免的生成大尺寸的稀土夹杂物，大尺寸的稀土夹杂主要以Al2O3和CaO为形核核心独立形核，在稀土夹杂的吸附之下合并长大。SEM与金相分析表明添加稀土并未影响其板条马氏体的结构。但是稀土的添加，粗化板条马氏体、AlN相和稀土夹杂。 本实验钢的工业生产要求标准为：退火硬度＜250HB，淬火及回火后的硬度≥60HRC，抗拉强度≥950MPa.硬度和抗拉强实验度测量结果可知：添加稀土的五组试验钢退火后的硬度均在200HB左右，经过1040℃淬火及500℃回火处理后，稀土添加量为0.042%时，使用性能满足生产要求。此时硬度为62.1HRC，抗拉强度为1035MPa，相比于未添加稀土的试样(硬度62.8HRC，抗拉强度1121MPa)，力学性能相差不大。冲击实验结果表明：未添加稀土的试样冲击韧性为9.47J/cm2，稀土添加量0.042%的冲击韧性降低为6.16J/cm2，并且随着淬火温度的提高，冲击韧性降低。这可能是由于原始样中含有较多的Al元素，稀土添加主要与钢液中的Al2O3以及S元素反应生成大尺寸稀土夹杂，降低了稀土的微合金化作用，导致冲击韧性降低。利用SEM对冲击断口的分析得出：未添加稀土的试样断口为准解理断口，断口中含有较多的撕裂棱及二次裂纹。添加稀土的断口均为解理断裂，表现为沿晶断裂和部分穿晶断裂。
【关键词】：模具钢 组织 性能 稀土
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.45;TG161
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 冷作模具钢概述及其在汽车行业的应用12-13
• 1.2 冷作模具钢性能要求与改进13-16
• 1.2.1 冷作模具钢性能指标13-15
• 1.2.1.1 力学性能要求14
• 1.2.1.2 工艺性能要求14-15
• 1.2.2 冷作模具刚性能改进15-16
• 1.3 冷作模具钢的合金化作用16-21
• 1.3.1 合金化目的16
• 1.3.2 常用合金元素作用介绍16-17
• 1.3.3 稀土元素在钢中应用介绍17-21
• 1.3.3.1 稀土元素简介17
• 1.3.3.2 稀土元素的添加17-18
• 1.3.3.3 稀土元素在模具钢中的作用18-19
• 1.3.3.4 稀土元素对模具钢组织和性能的改善19-20
• 1.3.3.5 稀土添加注意的问题20
• 1.3.3.6 国内外对稀土改性钢的研究20-21
• 1.4 选题背景、意义及实验内容21-24
• 1.4.1 选题背景21
• 1.4.2 选题意义21-22
• 1.4.3 研究内容22-24
• 第2章 试样制备与检测设备24-32
• 2.1 铸造合金冷作模具钢的实验制备及热处理方法24-27
• 2.1.1 原料及配比24-25
• 2.1.2 合金熔炼及砂型铸造25-26
• 2.1.3 试验钢的热处理工艺26-27
• 2.2 性能检测设备和方法27-29
• 2.2.1 硬度检测27-28
• 2.2.2 抗拉强度28
• 2.2.3 冲击韧性28-29
• 2.3 微观组织设备检测与分析29-30
• 2.3.1 成分检测29
• 2.3.2 金相分析29
• 2.3.3 显微分析及夹杂物检测29-30
• 2.4 实验设计路线图30-32
• 第3章 成分设计及热处理工艺优化32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 成分优化配比32-35
• 3.2.1 成分设计背景32-33
• 3.2.2 成分设计方案33
• 3.2.3 成分检测33-35
• 3.3 热处理工艺优化35-40
• 3.3.1 铸态组织及硬度检测35-36
• 3.3.2 退火工艺及硬度检测36-37
• 3.3.3 淬火及回火工艺优化37-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第4章 不同稀土含量铸造模具钢组织分析42-60
• 4.1 夹杂物分析42-53
• 4.1.1 铸态试样夹杂物分析42-44
• 4.1.2 淬火及回火态试样夹杂物分析44-47
• 4.1.2.1 稀土添加量对夹杂物的影响44-45
• 4.1.2.2 淬火温度对夹杂物的影响45-46
• 4.1.2.3 回火温度对夹杂物的影响46-47
• 4.1.3 钢中大尺寸稀土夹杂物的分析47-53
• 4.2 微观形貌分析53-59
• 4.2.1 铸态组织金相分析53-54
• 4.2.2 淬火态组织分析54-56
• 4.2.2.1 稀土含量对淬火组织的影响54-55
• 4.2.2.2 淬火温度对组织的影响55-56
• 4.2.3 回火态组织分析56-59
• 4.2.3.1 不同稀土添加量下的回火组织57
• 4.2.3.2 回火温度对回火马氏体组织的影响57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 稀土及热处理工艺对铸造模具钢力学性能的影响60-74
• 5.1 硬度检测60-62
• 5.1.1 不同淬火温度下硬度随着稀土添加量的变化60-61
• 5.1.2 一定稀土添加量下硬度随着热处理工艺的变化61-62
• 5.2 抗拉强度分析62-65
• 5.3 冲击韧性及断口分析65-72
• 5.3.1 稀土添加量对冲击断口的影响68-71
• 5.3.2 不同淬火温度断口形貌71-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第6章 结论74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林大庆;稀土在钢中的应用及发展前景[J];鞍钢技术;1999年08期

2 王传雅;李维嘉;刘仁东;;高碳高铬冷作模具钢共晶碳化物不均匀性的研究[J];大连铁道学院学报;1991年03期

3 王金忠;张发;李宝清;刘乐顺;项树林;;钢包喂稀土芯线工艺[J];钢铁;1993年11期

4 马党参;迟宏宵;雍岐龙;吴立志;张占普;;铝对Cr8WMo2V2SiNb冷作模具钢组织及力学性能的影响[J];钢铁;2010年06期

5 赵兴武;国外冷轧钢板深加工的动态[J];钢铁钒钛;1997年02期

6 李香芝，李国彬，，谷南驹;高强韧性冷作模具LD1钢的应用研究[J];机械工程材料;1994年05期

7 马永庆,齐育红,张占平,刘艳侠,王逊;多类型超细碳化物冷作模具钢DM9热处理工艺研究[J];金属热处理学报;2003年03期

8 迟宏宵;马党参;雍岐龙;吴立志;张占普;李东丽;;铝对Cr8WMo2V2SiNb钢临界点及淬火组织的影响[J];材料热处理学报;2009年06期

9 杜挺;稀土元素在金属材料中的作用和机制[J];金属功能材料;1996年03期

10 崔];;国内外模具用钢发展概况[J];金属热处理;2007年01期

本文编号：863734