闫钧[1]2003年在《模具钢激光表面热处理的实验研究》文中研究指明激光淬火(相变硬化)是激光技术在工业中应用的一个重要领域，该技术与激光物理学、激光加工技术、金属学热处理等几门学科紧密相关。本文在介绍激光淬火之前，首先介绍了激光的发展、应用以及激光加工的现状。 我们研究的是激光淬火对几种典型模具钢的作用，通过对热处理后的试样的硬度分布的测定，用金相和电镜观察金相组织的变化，认为激光热处理产生高硬度的原因是晶粒细化、高的位错密度和高的马氏体含量。并且，激光交迭热处理是在生产中可能发生的问题，我们通过大量的实验发现在激光硬化区由于一定程度的回火效应而产生硬度回落现象。但在高合金钢Cr12中发现硬度回落现象并不明显，这是因为本身该钢种的激光加工硬化带硬度并不大，另外高合金含量产生的弥散强化以及残余奥氏体的减少也是硬度回落小的一个原因。这些研究工作对实际工作生产会有一定的指导意义。全文共分五章： 第一章：概述激光的特性，以及激光技术在许多领域应用的现状。 第二章：介绍了工业中的各种激光加工技术和激光加工系统，详细说明了本实验所使用的高功率激光加工系统； 第叁章：详细叙述了激光淬火的机理和热传导数学模型； 第四章：通过实验，分析激光淬火后的模具钢的硬化带的硬度分布及金相组织特性，同时对激光交迭热处理的特点及形成机理都作了深入的探讨。 第五章：总结本文的工作，展望进一步的工作。 本文的研究了激光淬火以及激光交迭热处理对模具钢性能的影响，分析了激光热处理的机理，对实际工作会有一定的实际意义，激光淬火也会随着激光器的发展有更广阔的应用前景。
张文珍, 闫钧[2]2004年在《对叁种模具钢激光表面热处理的实验研究》文中研究表明研究了叁种模具钢 ( 3Cr2W8、Cr12、T8A钢 )在激光热处理和交迭处理下材料表面显微组织的分布特征和表面硬度分布 ,激光表面热处理后硬化表面由过渡区和相变硬化区组成。加工后的硬度叁种模具钢各有不同 ;激光交迭处理后的差异表现在回火软化区 ,硬度的下降幅度也不相同 ,并分析了产生上述现象的原因。这些技术在实际中已经得到应用 ,对实际生产有一定的指导意义。
杭文先[3]2017年在《H13钢激光表面强化与熔覆涂层的组织及磨损性能研究》文中研究说明H13(4Cr5MoSi V1)钢具有较好的综合性能,适用于制造精锻模、热挤压模、芯棒以及压铸模。多数模具的失效首先是从表面开始的,因而,采取恰当的方式改善表面组织、提高表面性能,可以有效的提高模具的使用寿命。本文采用5 kW连续CO2激光器在H13模具钢表面制备激光熔凝强化层和激光熔覆Co基、Ni基复合涂层。分别在H13钢表面熔覆Stellite-6、St6+5%WC、St6+5%WC+1%RE、St6+2.5%WC+1%RE、St6+7.5%WC+1%RE、St6+10%WC+1%RE钴基合金,制得显微组织均匀细小的钴基复合熔覆层。激光熔覆的镍基复合熔覆层包括Ni45、Ni45+5%WC、Ni45+5%WC+1%RE和Ni60AA、Ni60AA+5%WC、Ni60AA+5%WC+1%RE。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜对熔凝硬化层和熔覆层的显微组织、元素分布及相组成进行了系统研究;采用显微硬度计、磨损试验机研究了熔覆层的显微硬度和磨损性能。结果表明:(1)H13钢激光熔凝后的组织,由表层至次表层依次是垂直于激光扫描方向的树枝晶、胞状晶和马氏体组织及高温回火区,高温回火区的马氏体组织粗大,且残余奥氏体的含量减少。激光熔凝后,除原始组织中的相,没有新相生成。激光熔凝后的显微硬化层深度约1.1mm,最高硬度746HV0.2。硬化层的耐磨性相对调质处理后的H13钢的耐磨性有较大程度的提高。(2)钴基激光熔覆层与基体为冶金结合,各熔覆层的基体相组织为γ-Co,增强相组织均包括(Mn,Cr)7C3、Cr23C6、Co CX等相,加入WC后,熔覆层的增强相中增加了Co6W6C、WC、WC1-X相;稀土元素的加入有效控制了裂纹的生成,宏观形貌良好。熔覆层显微硬度为560 HV0.2~710 HV0.2;摩擦磨损试验表明,在相同条件下,耐磨性能由高到低依次是St6+7.5%WC+1%RE、St6+5%WC+1%RE、St6+2.5%WC+1%RE、St6、St6+10%WC+1%RE、H13钢。(3)Ni45基熔覆层的主要相组成为均匀细小的γ-Ni与枝晶间的Fe Ni3、C6(Cr,Co,Ni)23、Mn23C6等相组成的共晶组织。Ni45基熔覆层的显微硬度为525HV0.2~550HV0.2,熔覆层的耐磨性相对H13钢基体有较大程度的提高,尤其是在高载荷下熔覆层的磨损机制主要是磨粒磨损和剥层磨损,并未出现严重磨损。加入WC后耐磨性的提高尤为明显。(4)Ni60AA基熔覆层的微观组织为γ-Ni固溶体基体上均匀分布着超细网状共晶组织。熔覆层有较强的裂纹敏感性,加入稀土元素后裂纹、气孔等缺陷有一定程度减少。Ni60AA基熔覆层的硬度和耐磨性较基体都有很大程度提高。Ni60AA熔覆层的显微硬度为750HV0.2~800HV0.2,约为H13钢基体的1.78倍,Ni60+5%WC、Ni60+5%WC+1%RE熔覆层的显微硬度为800HV0.2~900HV0.2,约为基体硬度的两倍。
毛星[4]2014年在《H13钢耐磨减摩激光熔覆层材料及再制造研究》文中研究指明现代生产中，模具因优质、高产、省料和成本低等特点，已广泛应用于汽车、航天航空、机械制造、家电等各行各业。热作模具通常在高温、高压、高应力的工况下工作，长期服役时不可避免地会产生磨损、热疲劳、变形和断裂等失效，从而影响产品质量、增加成本、降低效率，造成很大经济损失。本研究采用激光熔覆技术，在H13钢表面设计、制备出具有耐磨、减摩功能的覆层，以减小模具型腔和被成型件之间的摩擦磨损，旨在提高模具的使用性能及寿命；在此研究基础上，为热作模具进行再制造设计。采用半导体激光器在45钢上成功制备出SiC+MoS2/HD-1覆层材料(HD-1是HD钢的改造成分-4Cr3Mo2Ni2Mn2VNbB)。借助于OM、XRD、SEM/EDS、显微硬度计和HT-1000高温摩擦磨损试验机等仪器，研究了SiC、MoS2的加入量和扫描速度对覆层成形性、微观组织及常温和300℃条件下的摩擦磨损性能。结合SiC和MoS2含量、扫描速度的正交试验，优选最佳配方与扫描速度的组合。利用最优组合在H13钢基体上制备出6%SiC+4.5%MoS2/HD-1复合覆层，讨论了H13热作模具激光熔覆再制造的工艺可行性。研究表明，覆层由表及里分为熔覆层、熔合区和热影响区。熔合区存在一条细长的光亮带，呈平面晶特征，并逐渐外延生长为柱状晶；进入熔覆区，由内向外依次呈现胞状晶、树枝晶到细小等轴晶的凝固组织。研究发现，纯粘接相(HD-1)覆层硬度约为620HV0.2，加入SiC和MoS2后，硬度明显提高。XRD表明，覆层中不存在SiC和MoS2颗粒相，形成了过饱和α-F固溶体和Fe-Cr-Ni合金固溶体以及Fe7C3、CrSi2等硬质相，提高了硬度和耐磨性。SEM和EDS分析发现，覆层中存在大量均布的微孔，其中的Mn、Fe、S、Cr含量较高，可形成有润滑作用的金属硫化物。随着激光扫描速度的增大，晶粒组织明显细化。随着SiC含量增至9%，组织向树枝晶转变，覆层中碳化物数量增多，硬度提高至730HV0.2。加入MoS2对组织形态和晶粒大小没有明显影响，但软质相使覆层硬度小幅下降。摩擦磨损试验表明，扫描速度对覆层体积磨损率和摩擦系数的影响不显着。SiC和MoS2加入含量对两者的影响较为明显：室温时，随着SiC含量升高，体积磨损率和摩擦系数逐渐减小，至9%时两者最小；随着MoS2含量的升高，体积磨损率先减小后增大，加入4.5%MoS2时最小，而摩擦系数逐步减小，加入9%MoS2时最小。在300℃时，随着SiC含量升高，体积磨损率和摩擦系数先减小后增加，加入6%SiC时最小；随着MoS2含量的升高，体积磨损率和摩擦系数逐步减小，加入9%MoS2时最小。综合单因素实验和正交分析，获得了激光覆层制备的最优参数组合（6%SiC、4.5%MoS2和12mm/s扫描速度），并在H13钢上制备出激光覆层。与HD-1覆层和H13激光淬火层相比，激光覆层以轻微的粘着和磨粒磨损以及氧化磨损为主，300℃高温下，磨损程度急剧减小，耐磨性明显提高，体积磨损率仅为0.12×10-3mm3/m，分别是HD-1覆层和H13钢的1/3和1/4，摩擦系数约为0.21，仅为激光表面淬火H13钢的60%。H13钢激光覆层表面平整光滑，气孔裂纹缺陷较少，形成良好冶金结合，对基体的热影响范围小。综合分析认为，利用激光熔覆对H13热作模具进行修复与再制造是可行的。
金天文[5]2015年在《新型热冲压模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的组织与性能研究》文中指出随着国内外热作模具的发展,模具工作温度和压力的不断提高,对热作模具钢的性能提出了更高要求,特别是高温条件下的热稳定性和拉伸性能。热作模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV是根据材料的使用工况,基于合金化原理,开发设计的一种新型热作模具钢,同时结合Thermo-calc软件和Jmatpro软件计算模拟的平衡相图及CCT曲线,预测材料非平衡态下的组织及性能。对4Cr4Mo2NiMnSiV钢的临界相变点进行测定,同时研究其铸态组织及硬度,结果表明:(1)升温速率为10℃/min时,材料临界相变点Ac_1=809℃,Ac_3=884℃;升温速率为20℃/min时,材料临界相变点Ac_1=825℃,Ac_3=904℃。(2)铸态材料的硬度为53.8HRC,组织主要为马氏体,含有少量析出碳化物;铸态组织存在严重的成分偏析,能谱分析得到主要是C、Mo、Cr和V等合金元素的偏析。本文依据材料的临界相变点及合金钢热处理原理,设计了一系列热处理工艺,通过硬度测试、XRD分析、金相观察、SEM及能谱分析,同时结合常温冲击、拉伸性能测试,研究材料的组织与性能,结果显示:(1)退火预处理对材料的铸态偏析有所改善,但无法消除。“730℃×5h”退火预处理后材料组织与硬度具有较好的改善,此时组织为粒状珠光体,硬度约为24HRC。(2)900℃~1080℃油淬,硬度随着淬火温度的升高呈现先升高后下降的趋势,在1000℃淬火,材料硬度达到最高值58.2HRC,此时组织主要为板条马氏体,有少量未溶碳化物。(3)350℃~650℃二次回火后,材料在500℃出现明显的二次硬化现象;500℃~600℃之间出现回火脆性现象,在530℃附近出现冲击功最低值,能谱分析得到与材料存在的偏析带及回火过程中杂质元素S、Si、Mn及碳向晶界的偏聚有关。常温拉伸强度随回火温度升高,呈现先增大后降低趋势,在500℃达到强硬度的最高值,分别为1775MPa和59.6HRC;拉伸延伸率和抗拉强度处的能量变化也是先升高后下降的,在590℃达到峰值7.84%和102.7J;拉伸断口呈现准解理断裂特征,断面有较多的撕裂棱和少量的韧窝。(4)优化得到热作模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的最佳热处理工艺为:“730℃×5h”预处理+1000℃油淬+590℃二次回火。同时,本文还着重对材料的回火稳定性、热稳定性和高温拉伸性能进行了研究,结果发现:960℃、1000℃、1040℃叁个温度油淬后回火,发现材料在1000℃油淬具有较好的回火稳定性;620℃~700℃之间,试验材料4Cr4Mo2NiMnSiV钢比H13钢具有更好的热稳定性,高温拉伸强度值更大,耐热性能更好,同时具有较好的高温拉伸塑韧性,高温拉伸断口呈现典型的韧窝断裂形貌。
韩立广[6]2008年在《脉冲电流处理对热作模具钢组织及性能的影响》文中认为本论文以热作模具钢为研究对象,研究了瞬态高能量脉冲电流处理对热作模具钢组织和性能的影响。研究发现脉冲电流处理后在热作模具钢热疲劳试样的切口前端形成热影响区,该区内的组织明显细化且硬度提高。脉冲电流处理提高了热作模具钢的抗拉强度,但也使其延伸率有所降低。冲击实验的结果表明,适当的脉冲电流处理可以提高热作模具钢的冲击韧性。热磨损实验证明,脉冲电流处理提高了热作模具钢的高温抗氧化性、抗热磨损性能。脉冲电流处理延缓了热疲劳裂纹的萌生,降低了热疲劳裂纹的扩展速率,提高了热作模具钢的抗热疲劳性能,并通过细晶强化、位错强化、弥散强化、应力转换强化四种机制解释了其作用机理。在对带有预制宏观裂纹的热作模具钢试样进行脉冲电流处理时,发现脉冲电流处理使预制裂纹尖端曲率半径增大、钝化,起到了裂纹止裂的目的。本文采用有限元分析的方法模拟研究了带有预制切口的热作模具钢试件在脉冲电流处理时的温度场、应力场。模拟计算表明在脉冲电流放电时,预制切口前端升温迅速且温升较大,在切口前端形成了很大的压应力场。模拟计算结果和实际实验有很好的对应关系,这对脉冲电流技术的实际工程应用中的参数优化具有重要的指导意义。
王明周[7]2015年在《H13激光表面淬火数值模拟分析与实验研究》文中研究表明随着制造业的迅猛发展,模具已成为主要的成型工具,对模具质量的要求也越发提高。H13是压铸模的主要原材料,传统的物理表面处理法提高其表面抗疲劳强度时存在工件变形的困难,而利用激光表面淬火在克服这一困难的前提下,可以进一步改善模具的表面硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性以及临界断裂韧度等力学性能。激光表面淬火技术受到多种因素和参数的综合影响,难以通过实验分析激光相变硬化层具体变化过程。本文通过有限元分析方法,对激光表面淬火过程进行温度场数值模拟,利用温度场结果预测硬化层深度。采用CO2激光表面加工系统,对H13工件进行激光淬火实验,验证数值模拟结果对硬化层深度预测的准确性。本文以H13 (4Cr5MoV1Si)热作模具钢为分析对象,运用有限元分析方法,模拟激光表面淬火过程H13长方体工件的温度场瞬态变化过程与分布。通过选择不同的激光工艺参数,分析激光扫插过程模型的温度场的变化规律。根据量度场中奥氏体相变等温线预测工件硬化层深和层宽。总体分析硬化型分布均匀性,提出改善硬化分布均匀性的方法。得出以下结论：1、H13激光表面淬火硬化层深度与激光功率成正比,与激光扫描速度和激光直径成反比。2、H13不同厚度试样,对工件量度有一定的影响,厚度越小影响越大,深度方向量度越高。3、恒定的激光扫描速度,会造成工件进出端硬化层过浅与过深,通过分段扫描工艺可改善硬化层纵向分布不均。改变激光形状,使光斑能量分布均匀,可增大横截面内光斑边缘处硬化层深度。4、通过数值模拟数据与实验结果对比,得出H13激光表面淬火的硬化层数值模拟结果可以对实验结果提供一定的参考作用,其准确性需要进一步提高。
杨义忠[8]2011年在《5CrMnMo钢及其堆焊材料激光强化层高温性能的研究》文中研究说明引进的1.6万吨曲轴锻压生产线上国产模具寿命远低于昂贵进口模具寿命的现状已成为亟待解决的关键难题。基于激光合金化优选工艺实施后使切边模具寿命提高2-3倍的成功实践，本文针对热锻模具更为恶劣的工况和企业模具制造、修复的现行工艺流程，对国产5CrMnMo模具钢及新型D650焊条堆焊层进行激光熔凝、激光共晶合金化、激光陶瓷合金化及激光熔覆T15高速钢等多种强化层的抗回火软化性能、高温硬度及高温摩擦磨损性能的系统研究，提出了解决方案并在生产应用中获得优异效果。研究表明，共晶合金化层获得最高硬度（HV0.2840，相当于HRC65）；堆焊材料的陶瓷合金化层析出大小为1μm，分布密度为103个/mm2含有多种碳化物形成元素的颗粒相；T15激光熔覆层晶粒细小，无需后续热加工和热处理就可以获得断续的莱氏体和弥散分布的碳化物，显示激光熔覆获得优质高速钢涂层的优越性。上述激光合金化层和熔覆层均无需后续机加工即可直接应用于锻模。300-700℃回火实验结果表明，仅对5CrMnMo和堆焊层进行激光熔凝处理，不能提高材料的抗回火软化能力。抗回火软化性能最优为陶瓷合金化层，在700℃保温10h后仍能保持HV_(0.2600)以上的硬度，其次为共晶合金化层和T15熔覆层。高温硬度测定结果表明，在低于600℃的温度下，陶瓷合金化层和共晶合金化层优于T15熔覆层，且保持在HV_5550以上；在高于600℃时，T15激光熔覆层则优于两种激光合金化层。高温摩擦学实验表明，T15激光熔覆层和陶瓷合金化具有较高的抗高温磨损能力，而硬度较高的共晶合金化层的抗高温磨损性能反而不如5CrMnMo。在热锻模具表面进行激光陶瓷合金化+激光熔覆T15高速钢粉末的复合处理，获得堆焊层—陶瓷合金化层—T15熔覆层梯度分布的表层结构。激光强化后的热锻模具寿命提高了1倍。
王飞[9]2014年在《氮含量对4Cr13耐蚀塑料模具钢组织和性能影响的实验研究》文中认为模具是工业产品零件成型的“母机专用装备”,我们生活的改善、科技的发展、社会的进步,这些都离不开用模具批量生产制造出来的产品。用于生产塑料制品的塑料模具占模具总量的50%以上,其中某些塑料(如聚氯乙烯、含氟塑料、阻燃性ABS等)在熔融状态下会分解出氯化氢、氟化氢和二氧化硫等腐蚀性气体,对模具型腔有一定的腐蚀作用,故要求模具钢有良好的耐蚀性能。国内耐蚀模具钢常用钢种主要有2Cr13～4Crl3。4Cr13属于马氏体不锈钢,经过热处理后,具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性,适宜制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,还能作为工具钢使用,用来制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。本课题的研究对象是经过真空感应炉和电渣重熔双联工艺制备的不同氮含量的4Cr13MoN塑料模具钢(以下简称自制钢),并与奥地利百禄公司生产的M303塑料模具钢做对比。首先,通过差热分析和Thermo-Calc计算的方法确定了自制钢合适的热处理工艺。其次,考察了自制钢的组织、硬度及拉伸、冲击等力学性能随不同氮含量的变化,详细地研究了氮含量对塑料模具钢组织和性能的影响。研究表明,自制钢比M303有更高的强度和硬度,但塑性低。再次,对M303和不同氮含量自制钢的耐腐蚀性能进行了探索。研究结果表明,含氮量为0.059%和0.110%的2#和3#自制钢表现出比M303更优良的耐腐蚀性。最后,利用自动抛光机、激光共聚焦显微镜和粗糙度测量仪对M303和不同氮含量自制钢的抛光性能进行了对比研究。结果表明自制钢的抛光性能明显优于M303,而自制钢种中含氮量为0.059%～0.110%的2#、3#、4#钢抛光性能指数较高。根据对不同氮含量的4Cr13MoN进行各种性能实验研究之后,最后得出了使新钢种综合性能良好所对应的最合适氮含量范围。
王伟[10]2006年在《仿生非光滑表面模具钢材料磨粒磨损研究》文中研究表明在本论文研究中,主要是根据自然界中某些生物体表的非光滑表面具有比光滑表面更耐磨的特性,在模具钢的光滑表面上,利用激光技术模仿这些生物体表形态特征加工出点状、条纹状和网格状单元体,形成非光滑单元体表面。通过金相照片、电镜照片和材料的显微硬度来分析激光参数对单元体的形状、大小、硬度的影响;通过磨粒磨损实验对比试样的磨损量来研究非光滑表面的单元体分布间距、形态、大小、硬度对提高材料耐磨性的影响;简单探讨熔覆合金增强单元体的仿生非光滑表面对材料的耐磨性提高的影响。对以后加工仿生非光滑表面提供参考的参数,最后分析仿生非光滑表面的磨损过程及尝试提出仿生非光滑单元体表面提高材料耐磨性的理论。经过实验研究得出了如下结论:材料不同,激光参数不同,非光滑单元体大小、形态、硬度也不同。非光滑表面试样的耐磨性都优于光滑表面试样的耐磨性。熔覆合金单元体的非光滑试样的耐磨性规律与材料退火组织的非光滑试样耐磨性规律相同。
参考文献：
[1]. 模具钢激光表面热处理的实验研究[D]. 闫钧. 华侨大学. 2003
[2]. 对叁种模具钢激光表面热处理的实验研究[J]. 张文珍, 闫钧. 激光杂志. 2004
[3]. H13钢激光表面强化与熔覆涂层的组织及磨损性能研究[D]. 杭文先. 吉林大学. 2017
[4]. H13钢耐磨减摩激光熔覆层材料及再制造研究[D]. 毛星. 武汉理工大学. 2014
[5]. 新型热冲压模具钢4Cr4Mo2NiMnSiV的组织与性能研究[D]. 金天文. 哈尔滨工程大学. 2015
[6]. 脉冲电流处理对热作模具钢组织及性能的影响[D]. 韩立广. 吉林大学. 2008
[7]. H13激光表面淬火数值模拟分析与实验研究[D]. 王明周. 中国海洋大学. 2015
[8]. 5CrMnMo钢及其堆焊材料激光强化层高温性能的研究[D]. 杨义忠. 清华大学. 2011
[9]. 氮含量对4Cr13耐蚀塑料模具钢组织和性能影响的实验研究[D]. 王飞. 东北大学. 2014
[10]. 仿生非光滑表面模具钢材料磨粒磨损研究[D]. 王伟. 吉林大学. 2006
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