概括:
压铸是最先进的金属成形方法之一,应用十分广泛,发展迅速。但压铸模具的使用条件十分恶劣,由于铜合金浇注温度较高,导致铜合金压铸模具使用寿命很低,仅相当于铝合金压铸模具使用寿命的1/2-1/3。压铸模具钢中合金元素含量较高,形成的碳化物种类多,这些碳化物沿初生奥氏体晶界偏析,造成组织中出现沿晶界连续分布的网状碳化物,导致模具钢的性能严重下降。另外,钢中磷易偏析,也严重降低钢的性能。因此,减少磷的偏析,打断沿晶界连续分布的网状碳化物是提高压铸模具综合性能的有效途径。对于压铸模具钢,合理的选材、适当的变质处理和热处理工艺,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组织与力学性能的影响。利用金相显微镜、高倍视频显微镜(HSVM)、电子探针显微镜(EPMA)、DSC等方法,首先研究了锌对钢中磷偏析的影响,发现锌可以减弱钢中磷偏析,提高钢的力学性能。此外,还研究了K/Na、RE复合变质对钢组织与性能的影响。结果表明,经过复合变质后,压铸模具钢晶粒得到了细化,碳化物形貌也发生了明显变化,网状碳化物发生断裂。K/Na具有很强的脱氧、脱硫能力,阻止了低熔点硫及氧化物在晶界处的聚集,大大净化了晶界,有效减少了杂质数量,使晶核周围的过冷度均匀。
稀土在钢中主要富集在晶界上,具有减少碳和其他合金元素向晶界偏聚、净化晶界、减少夹杂物数量、改善夹杂物形貌和分布等作用;在凝固过程中,强烈吸附在碳化物的某些生长表面上,阻碍碳化物的生长,有利于碳化物的断开和隔离。结果表明,当添加0.5%K/Na和0.5%RE进行复合变质时,新型铜合金压铸模具钢的组织和力学性能最好。研究了淬火温度、回火温度、回火保温时间等工艺条件对压铸模具钢组织与性能的影响,发现随着淬火温度的升高,模具钢的晶粒尺寸逐渐增大。 在1100℃以下时晶粒长大不十分明显,但在1150℃淬火后晶粒特别粗大,因此淬火温度不宜超过1100℃。随着淬火温度的升高,模具钢的硬度升高,线膨胀系数下降,抗热疲劳性能增强,因此较高的淬火温度有利于提高模具钢的性能。模具钢在550℃回火后硬度达峰值,随着保温时间的增加,硬度先升高后降低,在5h左右时硬度达最大值。最佳热处理工艺为:1150-1100℃×50min(三次),油冷;550℃×3-5h(第二次),空冷。
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