新型铜合金压铸模具钢的研究

论文摘要

压铸是最先进的金属成型方法之一,应用很广,发展很快。但压铸模的服役条件非常苛刻。由于铜合金的浇注温度较高,因此铜合金压铸模的使用寿命非常低,仅相当于铝合金压铸模寿命的1/2-1/3。压铸模具钢中合金元素的含量较高,形成的碳化物种类也较多。这些碳化物沿着初生奥氏体晶界偏析,从而造成组织中有沿晶界连续分布的网状碳化物,导致模具钢的使用性能严重下降。此外,钢中的磷易偏析,也严重降低钢的性能。因此,减轻磷的偏析、破碎沿晶界连续分布的网状碳化物是提高压铸模综合性能的有效途径。对于压铸模具钢来说,合理选材、采用合适的变质处理及热处理工艺,可以提高模具钢的质量,降低压铸生产成本。本文在实验室条件下,重点研究了化学成分选择、复合变质及热处理对铜合金压铸模具钢的组织和力学性能的影响。利用金相显微镜及高倍视频显微镜（HSVM）、电子探针（EPMA）、DSC等手段,首先研究了锌对磷在钢中偏聚的影响,发现:锌能减弱磷在钢中的偏聚,提高钢的力学性能。此外,还研究了K/Na、RE复合变质对钢组织和性能的影响。结果显示:压铸模具钢经过复合变质处理后,晶粒得到了细化,碳化物的形貌也发生了显著的变化,网状碳化物断裂。K/Na具有很强的脱氧、脱硫能力,使得低熔点的硫、氧化物不能在晶界聚集,晶界大大净化,有效减少杂质的数量,使得结晶核心周围过冷度均匀。稀土在钢中主要偏聚在晶界上,具有减轻碳及其他合金元素向晶界的偏析,净化晶界,减少夹杂物的数量,改善夹杂物的形貌和分布的作用;在凝固过程中,强烈吸附在碳化物的某些生长表面上,阻碍碳化的生长,有利于碳化物的断网和孤立化。结果表明:当加入0.5%的K/Na和0.5%的RE复合变质处理时,新型铜合金压铸模具钢的组织及力学性能最好。研究了淬火温度、回火温度和回火保温时间等工艺条件对压铸模具钢组织和性能的影响。发现模具钢随着淬火温度的升高,晶粒逐渐变大,在1100℃以下时,晶粒长大并不是很明显,但是1150℃淬火后,晶粒特别粗大,故淬火温度不宜超过1100℃。模具钢随着淬火温度的升高,硬度增加,线膨胀系数减小,抗热疲劳性能增强,故较高的淬火温度有利于提高模具钢的性能。模具钢550℃回火后硬度达到峰值。随着保温时间延长,硬度先增加后变小,在5小时左右时,硬度最大。最优热处理工艺为:1150-1100℃×50min（三次）,油冷;550℃×3-5h（二次）,空冷。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 压铸模用钢的失效形式及材料进展
• 1.2.1 压铸模具的失效形式
• 1.2.2 国内外常用的热作模具材料
• 1.3 压铸模用钢的生产现状
• 1.3.1 模具钢在使用性能上主要应考虑的因素
• 1.3.2 模具钢在工艺性能上主要应考虑的因素
• 1.3.3 国内存在的问题及原因
• 1.3.4 新的提高模具寿命的方面
• 1.3.5 热作模具钢的发展方向
• 1.4 压铸模用钢的研究现状
• 1.4.1 压铸模用钢的合金元素
• 1.4.2 铸态压铸模用钢的凝固过程和凝固组织
• 1.5 铜合金压铸模的服役条件
• 1.5.1 压铸模的结构及工作情况
• 1.5.2 铜合金压铸工艺参数的选择
• 第二章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料的成分设计
• 2.2 实验用钢的熔炼及试样的制备
• 2.2.1 熔炼
• 2.2.2 试样的制备
• 2.3 热处理
• 2.4 分析和测试方法
• 2.4.1 力学性能测试
• 2.4.2 组织观察与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 锌对钢中磷偏聚的影响
• 3.1 磷元素在晶界的偏聚
• 3.1.1 微量元素在晶界的偏聚及其机理
• 3.1.2 磷在奥氏体晶界的偏聚
• 3.2 锌对新型铜合金压铸模具钢组织的影响
• 3.3 锌对新型铜合金压铸模具钢性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 钾钠稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 K/Na、稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢组织的影响
• 4.2.1 钾钠稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢铸态晶粒的影响
• 4.2.2 钾钠稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢碳化物的影响
• 4.3 K/Na、稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢性能的影响
• 4.3.1 K/Na、稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢共析转变温度的影响
• 4.3.2 K/Na、稀土复合变质对新型铜合金压铸模具钢硬度及韧性的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 新型铜合金压铸模具钢热处理工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 新型铜合金压铸模具钢淬火工艺研究
• 5.2.1 淬火温度对模具钢组织的影响
• 5.2.2 淬火温度对模具钢性能的影响
• 5.2.3 变质及热处理对碳化物的影响机理分析
• 5.3 新型铜合金压铸模具钢回火工艺研究
• 5.3.1 回火温度对模具钢硬度的影响
• 5.3.2 回火保温时间对模具钢硬度的影响
• 5.4 模具钢热处理工艺的确定
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 学位论文评阅及答辩情况表