發(fā)布時間：2018-02-06 02:58

  本文關(guān)鍵詞： 中碳鑄造合金模具鋼 組織 合金化 熱處理 強(qiáng)韌化　出處：《吉林大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：冷作模具是生產(chǎn)汽車的重要工藝裝備,要求其具有高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)異的韌性、良好的耐磨性等基本性能。含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%Cr的中碳合金鋼兼具了低合金鋼與高合金鋼的一些優(yōu)良特性。這種鋼材在制造新一代大型覆蓋件模具或高強(qiáng)度鋼板沖裁類模具方面擁有很大的應(yīng)用潛力。然而,冶煉鋼的原材料中常含有較多Al元素,且冶煉過程采用純鋁脫氧也會增加鑄造模具鋼中Al元素含量。目前為止,關(guān)于Al元素在模具鋼中的作用研究甚少。因此,弄清楚Al元素在鋼中的作用對實現(xiàn)鑄造模具鋼的組織調(diào)控,改善其強(qiáng)度和韌性具有重要意義。本文以5Cr5Mo V鋼為研究對象,主要研究Al元素對其組織相構(gòu)成、二次碳化物以及夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和種類的影響。同時,研究了熱處理后力學(xué)性能的變化規(guī)律,揭示了Al在5Cr5Mo V鋼中的強(qiáng)韌化作用機(jī)制。最后,通過改變熱處理工藝參數(shù),進(jìn)一步調(diào)控組織和性能,提高5Cr5Mo V鋼的強(qiáng)度和韌性。本文主要研究結(jié)果如下:1)研究了Al元素對5Cr5Mo V鋼鑄態(tài)和回火態(tài)組織相構(gòu)成的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al含量從0 wt%增加到2.2 wt%時,鑄態(tài)主要組織演化規(guī)律為:馬氏體+殘余奧氏體→馬氏體+貝氏體+層片狀珠光體→粒狀珠光體→粒狀珠光體+δ鐵素體;回火態(tài)主要組織組成相演化規(guī)律為:板條馬氏體+二次碳化物→孿晶馬氏體+板條馬氏體+類多邊形δ鐵素體+二次碳化物→片狀馬氏體+粗大枝晶狀δ鐵素體+二次碳化物。揭示了Al對馬氏體亞結(jié)構(gòu)、二次碳化物的影響規(guī)律。Al元素能夠顯著細(xì)化馬氏體板條尺寸,改變其亞結(jié)構(gòu)。當(dāng)Al含量較低時,5Cr5Mo V鋼回火組織中馬氏體亞結(jié)構(gòu)主要為位錯,且平均板條尺寸隨Al含量增加迅速下降。當(dāng)Al含量較高時,馬氏體亞結(jié)構(gòu)主要由高密度位錯和孿晶構(gòu)成,且孿晶尺寸隨Al含量增加而增加;同時,Al元素的加入不僅能夠在一定程度上抑制粗大初生碳化物在原奧氏體晶界生成,而且增加了回火二次析出碳化物的數(shù)量,改善了二次碳化物的分布。2)研究了合金化元素Al對5Cr5Mo V鋼力學(xué)性能的影響規(guī)律,隨著Al含量的變化,5Cr5Mo V鋼熱處理后強(qiáng)度和塑性具有明顯的兩階段特性:抗拉強(qiáng)度和延伸率呈先增加后下降的趨勢。但不同的淬火冷卻條件下,獲得最佳強(qiáng)度和韌性搭配的Al含量不同。3)揭示出不同Al含量對5Cr5Mo V鋼的強(qiáng)韌化作用機(jī)制:當(dāng)Al含量為0-0.7 wt%時,隨著Al含量的增加,馬氏體板條界面和回火二次碳化物數(shù)量明顯增加。相應(yīng)地,5Cr5Mo V鋼的強(qiáng)度和延伸率隨之提高。此階段,亞晶界強(qiáng)化和析出強(qiáng)化機(jī)制起主導(dǎo)作用;當(dāng)Al含量為0.7-1.6 wt%時,馬氏體亞結(jié)構(gòu)由位錯轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米孿晶+位錯的混合結(jié)構(gòu),回火二次碳化物數(shù)量持續(xù)增多,且組織中出現(xiàn)彌散分布的近多邊形δ鐵素體。相應(yīng)地,5Cr5Mo V鋼的強(qiáng)度和延伸率具有最佳搭配。此階段孿晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和第二相韌化機(jī)制主導(dǎo)強(qiáng)度和延伸率同時提高;當(dāng)Al含量超過1.6 wt%時,組織中生成大量的不規(guī)則δ鐵素體和位于δ鐵素體與馬氏體界面的粗大的碳化物。同時,強(qiáng)度和延伸率迅速下降。4)研究了Al合金化前后5Cr5Mo V鋼奧氏體晶粒長大行為;建立了Al添加前后5Cr5Mo V鋼奧氏體晶粒長大模型,為優(yōu)化Al合金化5Cr5Mo V鋼的奧氏體化溫度和時間提供部分理論依據(jù)。總之,本文討論了Al合金化鋼鑄態(tài)組織和回火組織的演化過程,分析了精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)Al在一定范圍內(nèi)增加,馬氏體的亞結(jié)構(gòu)在位錯的基礎(chǔ)上出現(xiàn)細(xì)小孿晶,證明Al有促進(jìn)孿晶生成的傾向;研究了熱處理后力學(xué)性能的變化規(guī)律,揭示了Al對5Cr5Mo V鋼的強(qiáng)韌化作用機(jī)制的影響,為實現(xiàn)高強(qiáng)韌化組織調(diào)控提供了依據(jù);這對開發(fā)滿足市場需求的模具材料具有一定的理論指導(dǎo)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1;TG161

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本文編號：1493407