資源描述：
《新型鑄造模具鋼的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文新型鑄造模具鋼的研究姓名：蘭杰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：材料加工指導(dǎo)教師：丁文江2001.6.1上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文新型鑄造模具鋼的研究摘要j鑄造模具制造技術(shù)是一項(xiàng)具有廣闊前景的模具制造技術(shù)。它充分利用了液態(tài)金屬直接成型的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)蔫T造方法將模具直接鑄造成型，具有加工周期短、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)少或無(wú)切削加工，尤其適用于曲面復(fù)雜、線型多變、難以進(jìn)行切削加工的型腔模制造。從60年代開(kāi)始，英國(guó)、日本、美國(guó)、前蘇聯(lián)及中國(guó)等國(guó)家就開(kāi)始對(duì)鑄造方法生產(chǎn)模具進(jìn)行研究，并在一定范圍內(nèi)推廣使用
2、。然而從國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況來(lái)看，鑄造模具尚有一些不盡如人意的地方，主要表現(xiàn)在：鑄造模具用鋼的力學(xué)性能，特別是韌性普遍較低，容易導(dǎo)致模具的脆性斷裂；其次是材料的鑄造性能較差，難以成型高精度的模具。從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來(lái)看，還未發(fā)現(xiàn)對(duì)鑄造模具鋼進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作，大多只是將原有的鍛造模具鋼直接作鑄造模具鋼使用，并未針對(duì)鑄造模具的成型特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出適合的材料。本課題的目標(biāo)就是擬得到一種具有優(yōu)異綜合性能的鑄造模具鋼，以解決長(zhǎng)期圍繞鑄造模具生產(chǎn)應(yīng)用的問(wèn)題，提高鑄造模具的性能價(jià)格比，為鑄造模具的推廣應(yīng)用奠定研究基礎(chǔ)。本研究選擇鍛
3、造模具鋼H13鋼作為基體，該鋼種是世界上應(yīng)用最為廣泛的鍛造壓鑄模具鋼，也曾用作鑄造模具鋼使用。但對(duì)該鋼種的鑄造性能、鑄態(tài)組織和力學(xué)性能等方面并沒(méi)見(jiàn)系統(tǒng)的研究。在本論文中，我們對(duì)該鋼種進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，并在該鋼種主要組元不變的情況下，采用RE—Ca．B復(fù)合變質(zhì)處理、NbC顆粒以及其它合金添加劑加入、合金熱處理和表面處理等手段，成功地開(kāi)發(fā)了一種具有優(yōu)良綜合性能的鑄造模具鋼MCHl3鋼。同時(shí)，對(duì)該合金的微觀組織、夾雜物形貌、合金力學(xué)性能、合金斷裂行為、表面處理等進(jìn)行了深入研究，并采用自制的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)和熱熔蝕試驗(yàn)裝
4、置對(duì)鑄造模具鋼的熱疲勞和熱熔蝕行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)新型鑄造模具鋼進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型鑄造模具鋼MCHl3鋼不僅具有良好的流動(dòng)性能，采用重力澆注方式，可成型各種復(fù)雜的模具，同時(shí)也具有良好的使用性能：i在整個(gè)論文工作中，我們得出如下主要結(jié)果：通過(guò)金相觀察，CHl3鋼(鑄態(tài)H13鋼的簡(jiǎn)稱(chēng))的鑄態(tài)組織呈粗大枝晶狀結(jié)構(gòu)，主要合金元素Cr、Mo、V偏析嚴(yán)重，而加入稀土和Ca-Si后的MCHl3鋼鑄態(tài)組織均勻，通過(guò)面掃描分析表明．其合金元素的偏析情況明顯改善。由于CHl3鋼中合金元素偏析嚴(yán)重，因
5、此其在退火緩冷過(guò)程中容易沿晶界析出合金碳化物，而MCHl3鋼的合金元素偏析減小，因此在其組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)晶界上晦交通大學(xué)博士學(xué)位論文碳化物析出。與CHl3鋼相比，MCHl3鋼的常溫沖擊韌性大大提高．其無(wú)缺口沖擊試樣的沖擊韌性由29．3J．cm‘上升至68．2J．cm～。采用掃描電鏡和電子探針相結(jié)合的方法，觀察到MCHl3鋼的鑄態(tài)組織存在許多細(xì)小的球形化合物，經(jīng)電子探針?lè)治霭l(fā)現(xiàn)，這些化合物多是稀土化合物，主要有Ce203、Ce202S和CeS。通過(guò)熱力學(xué)分析和二維點(diǎn)陣錯(cuò)配度計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Ce203的(0001)面，Ce2
6、02S的(0001)面，CeS的(100)面和(110)面與CHl3凝固過(guò)程中的初生奧氏體的000)面均有較好的點(diǎn)陣錯(cuò)配度，符合異質(zhì)核心條件。但結(jié)合熱力學(xué)分析結(jié)果來(lái)看，Ce203最適合成為有效異質(zhì)核心，并觀測(cè)到MCHl3鋼鑄態(tài)晶粒明顯細(xì)化。利用掃描電鏡觀測(cè)兩種鋼的斷口形貌。采用斷口和斷口側(cè)面金相相結(jié)合的方法，得出了CHl3鋼中的晶界碳化物作為裂紋源而導(dǎo)致CHl3鋼斷裂的證據(jù)。采用同樣的方法，發(fā)現(xiàn)CHl3鋼的硫化物、氧化物以及MCHl3鋼中的球形稀土化合物都可作為裂紋源。并對(duì)合金的特殊斷裂方式準(zhǔn)解理斷裂進(jìn)行了探討。
7、對(duì)于熱作模具鋼，特別是壓鑄模具鋼，抗熱疲勞性能和抗熱熔蝕性能是合金的兩個(gè)重要性能。然而，國(guó)內(nèi)外對(duì)熱疲勞的試驗(yàn)研究設(shè)備和評(píng)定指標(biāo)存在一定的片面性，本試驗(yàn)采用自制的熱疲勞試驗(yàn)機(jī)，真實(shí)地模擬了壓鑄模具實(shí)際工況，并采用主裂紋平均長(zhǎng)度和總裂紋面積相結(jié)合的評(píng)定指標(biāo)，對(duì)CHl3鋼和MCHl3鋼的熱疲勞性能進(jìn)行考核，結(jié)果表明，在冷熱循環(huán)次數(shù)較少時(shí)，CHl3和MCHl3鋼的疲勞指標(biāo)接近，但當(dāng)循環(huán)次數(shù)繼續(xù)上升時(shí)，CHl3鋼中的熱疲勞裂紋長(zhǎng)大速度明顯高于MCHl3鋼，這主要是由于熱裂紋的擴(kuò)展速度主要取決于材料的韌性，而MCHl3鋼相對(duì)
8、高的沖擊韌性則有效抑制了熱疲勞裂紋的快速擴(kuò)展。對(duì)于直接與合金液接觸的熱作模具鋼(如壓鑄模具等)，抗熱熔蝕性能是模具鋼特殊的工藝性能，國(guó)內(nèi)外很少有這方面的系統(tǒng)研究。本試驗(yàn)采用自制的熱熔蝕試驗(yàn)裝置，對(duì)CHl3鋼和MCHl3鋼的抗熱熔蝕行為進(jìn)行研究，并對(duì)其侵蝕機(jī)理進(jìn)行了探討。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，兩種鋼在鋁合金液中侵蝕一定時(shí)間后，在鋁合金液和模具鋼的界面上將會(huì)形成金屬間化合物。當(dāng)侵蝕時(shí)
