本文關(guān)鍵詞：稀土Gd改性5Cr5MoVAl鑄造合金冷作模具鋼組織與性能研究

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【摘要】：鑄造合金模具鋼主要應(yīng)用在汽車大型覆蓋件，作為模具接觸件及軸類件使用，因此要求模具鋼具有良好的機(jī)械性能。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)以鑄代鍛的方法生產(chǎn)冷作模具鋼，使其具有高硬度、高耐磨性以及空冷淬火不易開(kāi)裂的特點(diǎn)，節(jié)省工時(shí)。合金化和熱處理是常用的改善模具鋼機(jī)械性能的方法。近年來(lái)稀土作為合金化元素，在模具鋼中的應(yīng)用研究較多，鋼中添加稀土能夠顯著細(xì)化晶粒，改善晶界夾雜物的形貌，不降低硬度的同時(shí)提高抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性。 基于稀土在鋼中的優(yōu)良特性，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)五組不同稀土添加量(0.010%,0.020%,0.032%,0.042%)的5Cr5MoVAl鋼。熱處理工藝包括等溫球化退火，淬火和回火。等溫球化退火是在860℃保溫2小時(shí)，以10℃/min的速度爐冷到760℃保溫4.5小時(shí)，保證硬度在250HB以下，滿足對(duì)切削加工性能的要求。分別在1040℃、1080℃和1120℃淬火溫度下保溫30min后空冷到室溫。在不同的回火溫度(200℃,400℃,440℃,480℃,500℃,520℃,550℃,600℃)保溫120min后空冷到室溫。對(duì)不同熱處理狀態(tài)下的試樣進(jìn)行硬度的測(cè)量。根據(jù)硬度測(cè)量結(jié)果選擇淬火溫度為1040℃與1080℃，回火溫度500℃兩種熱處理下的試樣進(jìn)行拉伸與沖擊試驗(yàn)。采用SEM、EDS對(duì)不同熱處理態(tài)的試樣進(jìn)行表面夾雜物的成分、數(shù)量及分布進(jìn)行分析，結(jié)果表明：稀土的添加改變了組織中的夾雜物，由原來(lái)的Al2O3，AlN以及MnS，轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥亮蚧�、稀土鋁酸鹽、稀土錳硫化物及大尺寸AlN夾雜。添加稀土的同時(shí)不可避免的生成大尺寸的稀土夾雜物，大尺寸的稀土夾雜主要以Al2O3和CaO為形核核心獨(dú)立形核，在稀土夾雜的吸附之下合并長(zhǎng)大。SEM與金相分析表明添加稀土并未影響其板條馬氏體的結(jié)構(gòu)。但是稀土的添加，粗化板條馬氏體、AlN相和稀土夾雜。 本實(shí)驗(yàn)鋼的工業(yè)生產(chǎn)要求標(biāo)準(zhǔn)為：退火硬度＜250HB，淬火及回火后的硬度≥60HRC，抗拉強(qiáng)度≥950MPa.硬度和抗拉強(qiáng)實(shí)驗(yàn)度測(cè)量結(jié)果可知：添加稀土的五組試驗(yàn)鋼退火后的硬度均在200HB左右，經(jīng)過(guò)1040℃淬火及500℃回火處理后，稀土添加量為0.042%時(shí)，使用性能滿足生產(chǎn)要求。此時(shí)硬度為62.1HRC，抗拉強(qiáng)度為1035MPa，相比于未添加稀土的試樣(硬度62.8HRC，抗拉強(qiáng)度1121MPa)，力學(xué)性能相差不大。沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：未添加稀土的試樣沖擊韌性為9.47J/cm2，稀土添加量0.042%的沖擊韌性降低為6.16J/cm2，并且隨著淬火溫度的提高，沖擊韌性降低。這可能是由于原始樣中含有較多的Al元素，稀土添加主要與鋼液中的Al2O3以及S元素反應(yīng)生成大尺寸稀土夾雜，降低了稀土的微合金化作用，導(dǎo)致沖擊韌性降低。利用SEM對(duì)沖擊斷口的分析得出：未添加稀土的試樣斷口為準(zhǔn)解理斷口，斷口中含有較多的撕裂棱及二次裂紋。添加稀土的斷口均為解理斷裂，表現(xiàn)為沿晶斷裂和部分穿晶斷裂。
【關(guān)鍵詞】：模具鋼 組織 性能 稀土
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.45;TG161
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 冷作模具鋼概述及其在汽車行業(yè)的應(yīng)用12-13
• 1.2 冷作模具鋼性能要求與改進(jìn)13-16
• 1.2.1 冷作模具鋼性能指標(biāo)13-15
• 1.2.1.1 力學(xué)性能要求14
• 1.2.1.2 工藝性能要求14-15
• 1.2.2 冷作模具剛性能改進(jìn)15-16
• 1.3 冷作模具鋼的合金化作用16-21
• 1.3.1 合金化目的16
• 1.3.2 常用合金元素作用介紹16-17
• 1.3.3 稀土元素在鋼中應(yīng)用介紹17-21
• 1.3.3.1 稀土元素簡(jiǎn)介17
• 1.3.3.2 稀土元素的添加17-18
• 1.3.3.3 稀土元素在模具鋼中的作用18-19
• 1.3.3.4 稀土元素對(duì)模具鋼組織和性能的改善19-20
• 1.3.3.5 稀土添加注意的問(wèn)題20
• 1.3.3.6 國(guó)內(nèi)外對(duì)稀土改性鋼的研究20-21
• 1.4 選題背景、意義及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容21-24
• 1.4.1 選題背景21
• 1.4.2 選題意義21-22
• 1.4.3 研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 試樣制備與檢測(cè)設(shè)備24-32
• 2.1 鑄造合金冷作模具鋼的實(shí)驗(yàn)制備及熱處理方法24-27
• 2.1.1 原料及配比24-25
• 2.1.2 合金熔煉及砂型鑄造25-26
• 2.1.3 試驗(yàn)鋼的熱處理工藝26-27
• 2.2 性能檢測(cè)設(shè)備和方法27-29
• 2.2.1 硬度檢測(cè)27-28
• 2.2.2 抗拉強(qiáng)度28
• 2.2.3 沖擊韌性28-29
• 2.3 微觀組織設(shè)備檢測(cè)與分析29-30
• 2.3.1 成分檢測(cè)29
• 2.3.2 金相分析29
• 2.3.3 顯微分析及夾雜物檢測(cè)29-30
• 2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)路線圖30-32
• 第3章 成分設(shè)計(jì)及熱處理工藝優(yōu)化32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 成分優(yōu)化配比32-35
• 3.2.1 成分設(shè)計(jì)背景32-33
• 3.2.2 成分設(shè)計(jì)方案33
• 3.2.3 成分檢測(cè)33-35
• 3.3 熱處理工藝優(yōu)化35-40
• 3.3.1 鑄態(tài)組織及硬度檢測(cè)35-36
• 3.3.2 退火工藝及硬度檢測(cè)36-37
• 3.3.3 淬火及回火工藝優(yōu)化37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 第4章 不同稀土含量鑄造模具鋼組織分析42-60
• 4.1 夾雜物分析42-53
• 4.1.1 鑄態(tài)試樣夾雜物分析42-44
• 4.1.2 淬火及回火態(tài)試樣夾雜物分析44-47
• 4.1.2.1 稀土添加量對(duì)夾雜物的影響44-45
• 4.1.2.2 淬火溫度對(duì)夾雜物的影響45-46
• 4.1.2.3 回火溫度對(duì)夾雜物的影響46-47
• 4.1.3 鋼中大尺寸稀土夾雜物的分析47-53
• 4.2 微觀形貌分析53-59
• 4.2.1 鑄態(tài)組織金相分析53-54
• 4.2.2 淬火態(tài)組織分析54-56
• 4.2.2.1 稀土含量對(duì)淬火組織的影響54-55
• 4.2.2.2 淬火溫度對(duì)組織的影響55-56
• 4.2.3 回火態(tài)組織分析56-59
• 4.2.3.1 不同稀土添加量下的回火組織57
• 4.2.3.2 回火溫度對(duì)回火馬氏體組織的影響57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 稀土及熱處理工藝對(duì)鑄造模具鋼力學(xué)性能的影響60-74
• 5.1 硬度檢測(cè)60-62
• 5.1.1 不同淬火溫度下硬度隨著稀土添加量的變化60-61
• 5.1.2 一定稀土添加量下硬度隨著熱處理工藝的變化61-62
• 5.2 抗拉強(qiáng)度分析62-65
• 5.3 沖擊韌性及斷口分析65-72
• 5.3.1 稀土添加量對(duì)沖擊斷口的影響68-71
• 5.3.2 不同淬火溫度斷口形貌71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-74
• 第6章 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：863734