發(fā)布時間：2020-05-08 12:15

【摘要】： 隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展,針對塑料件尺寸逐漸增大,塑料模具制造能力的要求不斷提高,急需開發(fā)模塊厚度大于300 mm,硬度在36~42 HRC的非調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼。因此,本文聚焦大截面高硬度非調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具用鋼的需求現(xiàn)狀,從溫度場計算、成分設(shè)計、組織控制和實驗鋼中試等方面進行了系統(tǒng)研究,取得了如下成果: 研究了300 mm×300 mm×300 mm的調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼3Cr2MnNiMo模塊加熱后于靜止空氣和流動空氣中冷卻時的溫度場,數(shù)值模擬計算了模塊在兩種冷卻條件下的溫度場,獲得了大截面模塊鍛造后冷卻時的邊界條件范圍(空冷時輻射率為0.6,對流換熱系數(shù)為7 W/(m2·℃);風(fēng)冷時輻射率為0.6,對流換熱系數(shù)為29 W/(m2·℃)),進而計算了直徑為300~800 mm、重10 t的不同圓坯空冷和風(fēng)冷的溫度場,得到了臨界冷卻速率,為全貝氏體型非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼的成分設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 采用誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))模型,建立了合金鋼成分同其連續(xù)冷卻時硬度之間的關(guān)系,預(yù)測了合金鋼以0.5、0.3、0.05和0.03℃/s連續(xù)冷卻時的硬度,進而指導(dǎo)Φ300~800 mm圓坯空冷時獲得全貝氏體組織的成分設(shè)計,篩選出6組鋼的成分。連續(xù)冷卻相變實驗研究表明,BP模型用于全貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼的成分設(shè)計是有效的。 采用數(shù)值模擬計算獲得了300 mm×1000 mm×3800 mm和500 mm×1000 mm×2300 mm預(yù)硬型塑料模具鋼模塊的臨界冷卻速率,并采用以上實驗室設(shè)計的鋼成分中試了上述尺寸的模塊SDFT1(0.20C-0.6Si-2Mn-1Cr-0.3Mo-0.1V)鋼和SDFT2(0.25C-0.4Si-2Mn-1Cr-0.45Mo -0.1V)鋼。力學(xué)性能、車削加工性能、拋光性能和耐腐蝕性能研究表明,SDFT1和SDFT2鋼均滿足預(yù)硬型塑料模具鋼的使用要求。 空冷和砂冷的SDFT1和SDFT2鋼組織均為貝氏體。兩鋼分別在0.03～0.5℃/s和0.02～0.3℃/s范圍內(nèi)連續(xù)冷卻時貝氏體開始轉(zhuǎn)變溫度接近。透射電鏡(TEM)觀察表明,貝氏體組織的精細結(jié)構(gòu)主要為貝氏體鐵素體板條和少量馬氏體/奧氏體(M/A)島,貝氏體鐵素體板條間有殘余奧氏體或碳化物,空冷的貝氏體鐵素體板條較窄,并且M/A島尺寸也較小。貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度不同,位錯強化效果有差別;冷卻速率不同導(dǎo)致的貝氏體板條寬度變化,對兩鋼分別在空冷和砂冷的硬度影響較小。 SDFT鋼未回火時的屈服強度較低,隨著回火溫度的升高屈服強度開始迅速提高,約350℃達到峰值,隨后緩慢下降;隨著回火溫度的升高沖擊韌性開始提高,約350℃達到峰值,當(dāng)回火溫度在400～500℃之間繼續(xù)升高時,試驗鋼的沖擊韌性開始快速降低,約450℃沖擊韌性降到最低,隨后又開始升高。X射線衍射和TEM研究表明,SDFT鋼的力學(xué)性能隨回火溫度變化的可能原因是殘余奧氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體島的分解。 以上述研究為基礎(chǔ),寶鋼股份公司生產(chǎn)了厚度在300～600 mm、寬度在800～1200 mm的非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼模塊(SWFT鋼),預(yù)硬化范圍在36～42 HRC,硬度波動在±1.5 HRC內(nèi)。對截面460 mm×800 mm的SWFT鋼和500 mm×800 mm的3Cr2MnNiMo鋼比較研究表明,SWFT鋼在整個截面尺寸范圍內(nèi)均為貝氏體,其精細結(jié)構(gòu)主要為貝氏體鐵素體板條和少量M/A島,貝氏體鐵素體板條間有殘余奧氏體或碳化物,表層的貝氏體鐵素體板條窄于心部;3Cr2MnNiMo鋼表層組織為回火馬氏體,心部組織為回火馬氏體和貝氏體。SWFT鋼的力學(xué)性能、加工性能和使用性能均滿足調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具鋼的要求,而且減少了3Cr2MnNiMo鋼鍛造后再次奧氏體化淬火的熱處理工序,縮短了生產(chǎn)流程,降低了能耗。 研究成果對于大截面非調(diào)質(zhì)預(yù)硬型塑料模具用鋼的命名以及工業(yè)化生產(chǎn)均有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

- 21 -圖 2.1 非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼臨界冷卻速度獲得流程圖Fig.2.1 Flow chart of the critical cooling rate of non-quenched plastic m

保溫 30 min 后迅速取出，，采用多通道計算機高速測溫裝置對模塊內(nèi)部進行溫度實時采集，測溫現(xiàn)場如圖2.3 所示。為了切合工廠生產(chǎn)實際，模塊測溫實驗進行兩次，第一次在自然對流空氣條件下冷卻，第二次在 6-4 型軸流風(fēng)機吹風(fēng)下強制冷卻，風(fēng)機離工件距離 3 m，風(fēng)向垂直于模塊插入熱電偶面的背面，風(fēng)速為 3 m/s，風(fēng)冷實驗的設(shè)計與工廠在生產(chǎn)時加速工件冷卻條件時相同，從而模塊兩種冷卻形式的實驗設(shè)計涵蓋了生產(chǎn)中非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼冷卻時不同部位的邊界條件，為實際不同截面模塊溫度場的研究提供了邊界條件參考。邊界條件模擬參數(shù)的確定，需要獲得盡可能精確的冷卻曲線。為此通過自行設(shè)計的溫度采集裝置和相應(yīng)的軟件程序，對溫度和電壓信號進行高速實時采集和處理，下面分別介
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TG142.4

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本文編號：2654641