镁合金热室压铸机压室耐热钢研究

论文摘要

现在世界镁合金工程构件的98%用压铸方法生产,镁合金压铸的连续性对设备的高温高压工作零部件的使用寿命和安全性提出了苛刻的要求,如压室等热作件长期工作于630-700℃的镁合金液中,并要承受高达30-50 MPa的压力冲击、磨损和镁合金熔体的浸蚀。目前,热室压铸用高品质压室完全依赖高价进口,阻碍了镁合金热室压铸成套设备国产化进程、提高镁合金压铸件生产成本。因此,开发该种材料及其铸造成型技术具有显著的工程意义。除更高的硬度外,体心立方的铁素体耐热钢比面心立方的奥氏体耐热钢具有更高的导热率、较低的热膨胀系数,从而具有更好的热疲劳和抗磨损性能,能够更好地满足镁合金热室压铸压室的服役环境对材料的苛刻要求。无镍高钴高钨铁素体耐热耐蚀合金钢,经淬火和高温回火后得到的马氏体具有很好的强韧性,较高的蠕变强度,良好的抗高温氧化性、耐磨性和耐镁熔体浸蚀性能;因无镍而从源头上杜绝了压室材料对镁液的污染。因此,该钢种是国内外镁合金热室压铸压室的首选材料。本论文研究工作,旨在以含Cr 9-12%的铁素体耐热耐蚀合金钢为基础,研究开发无镍高钴高钨铁素体耐热耐蚀铸钢,使其满足在630-700℃设计使用温度下长期使用对性能的要求,使用性能（报废时间长于2年,打料次数超过十万次）达到与进口材料相当的水平。为此,本文首先综述了耐热钢的研究概况,然后采用分子轨道法对铁素体耐热耐蚀合金钢的成分进行优化设计,并通过实验的方法评估最佳热处理工艺,制定了最终的热处理制度,为耐热钢的热处理工艺以及新材料的开发和市场提供指导。通过成分优化设计的耐热钢,采用真空冶炼技术,先在真空感应电炉中熔融,再在电渣重熔炉,有效地防止了偏析,提高了冶炼纯度,根据淬火裂纹的产生机理,有效地避免了淬火裂纹的产生,研究结果表明在1060-1120℃空冷淬火,然后在650-720℃回火的马氏体组织具有良好的综合力学性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 耐热合金设计问题描述
• 1.2.1 镁合金热室压铸机压射部分的工作原理
• 1.2.2 压射冲头和压射室的工作特点
• 1.3 耐热钢的分类
• 1.3.1 铁素体型
• 1.3.2 铁素体－马氏体型
• 1.3.3 马氏体型
• 1.3.4 马氏体—碳化物型
• 1.3.5 奥氏体型
• 1.3.6 奥氏体－铁素体型
• 1.3.7 珠光体型
• 1.3.8 贝氏体型
• 1.4 耐热钢的发展概况
• 1.4.1 高铬耐热钢的历史
• 1.4.2 铁素体耐热钢的展望
• 1.5 合金设计及其性能研究方法
• 2 分子轨道理论 DV-Xa 组群计算方法
• 2.1 分子轨道理论的基本原理
• 2.1.1 分子轨道理论的基本要点
• 2.1.2 分子轨道理论与价键理论的区别
• 2.2 多粒子薛定谔方程求解过程
• 2.2.1 Schrodinge:方程求解的困难
• 2.2.2 分子轨道法多粒子体系Schrodinger 方程自洽求解过程
• 3 镁合金热式压铸机压室耐热钢成分设计
• 3.1 强化理论
• 3.1.1 提高再结晶温度
• 3.1.2 固溶强化
• 3.1.3 晶界强化
• 3.1.4 沉淀强化
• 3.2 分子轨道计算法
• 3.2.1 原子簇模型
• 3.2.2 d 轨道能
• 3.2.3 原子间轨道相互作用
• 3.2.4 通过合金参数说明合金元素的特征和合金元素的选择
• 3.2.5 本耐热钢的合金成分
• 3.3 耐热钢成分的组成及说明
• 3.3.1 碳（C）
• 3.3.2 氮（N）
• 3.3.3 硅（Si）
• 3.3.4 锰（Mn）
• 3.3.5 铬（Cr）
• 3.3.6 钼（Mo）
• 3.3.7 钨（W）
• 3.3.8 钒（V）
• 3.3.9 铌及V-Nb 复合添加的强化机理
• 3.3.10 钛（Ti）
• 3.3.11 钴（Co）
• 3.3.12 硼（B）
• 3.3.13 稀土、镁、钙（REM，Mg，Ca）
• 3.3.14 磷和硫（P 和S）
• 4 耐热钢的高温特性
• 4.1 钢的热稳定性
• 4.1.1 钢的抗氧化性
• 4.1.2 钢的抗腐蚀性
• 4.2 钢的热强性
• 4.2.1 蠕变
• 4.2.2 持久强度
• 4.3 高铬耐热钢的长时间蠕变强度劣化
• 4.4 影响高铬铁素体蠕变寿命的因素
• 4.5 提高长时间蠕变强度的措施
• 4.6 晶界附近组织的长时间稳定可提高长时间蠕变强度
• 5 耐热钢淬火裂纹防制及热处理工艺
• 5.1 合金的熔炼
• 5.1.1 钢中夹杂物的种类及产生原因
• 5.1.2 真空冶炼
• 5.2 淬火裂纹的产生
• 5.3 淬火裂纹的原因分析
• 5.4 防止裂纹产生的措施
• 5.5 不同热处理对压室耐热钢的性能影响
• 5.5.1 耐热钢的淬火温度
• 5.5.2 耐热钢的回火温度
• 5.5.3 热处理工艺对力学性能的影响
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者攻读硕士学位期间发表论文目录