模具钢热疲劳循环软化行为研究(附件)【字数：11601】
本文考查经过不同热疲劳循环次数后热作模具钢试样截面和表面硬度的变化，探讨截面硬度梯度分布及热疲劳循环软化的机理。 首先对微合金化热作模具钢进行热处理，之后试样进行热疲劳循环实验测试，热疲劳循环结束后将试样从中心到外面测试显微硬度，观察不同循环次数截面的硬度梯度的差异以及各个循环次数下的表面硬度的变化，之后通过扫描电镜镜观察显微组织。实验发现热作模具钢在热疲劳循环中组织的变化是里面的马氏体不断的分解为铁素体和碳化物的混合物，热疲劳循环过程中硬度呈震荡下降趋势，并且随次数的增加表面硬度震荡减小。裂纹截面硬度在次表层0.6mm处硬度最低，250次循环下硬度是365.7HV。距表层距离0.9mm处硬度大幅提升，250次循环的硬度为396.3HV，之后再随着距表层距离的增加硬度变化很小。关键词热循环软化；热疲劳；截面硬度；表面硬度
目录
第一章 绪论 2
1.1引言 2
1.2模具钢的介绍 2
1.2.1冷作模具钢 3
1.2.2热作模具钢 3
1.2.3微合金化热作模具钢 4
1.3热处理的介绍 4
1.4热疲劳简介 5
1.4.1热疲劳的研究发展状况 5
1.4.2热疲劳产生的原理 5
1.4.3影响热疲劳的因素有哪些 6
1.4.4热疲劳裂纹的生长机制 7
1.4.5循环软化 7
1.4.6热疲劳测试方法 8
1.5本课题的研究内容 8
第二章 实验方法及设备 9
2.1钢的热处理 9
2.2热疲劳循环软化实验 10
2.2.1试样的制备 10
2.2.2实验装置 11
2.3硬度测试 13
2.4金相的制备 14
第三章 实验结果分析 16
3.1裂纹截面组织分析 16
3.2热疲劳裂纹的比较 17
3.3硬度记录及分析 20
结 论 22
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
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模具是工业里面的最基本的生产工具，他的使用性能与使用寿命，对一个企业的设备使用时间产品更新速度在同等行业的竞争力起着至关重要的作用[1]。模具的生产技术水平的高低，已然成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在汽车、电子、电器、农机、仪器仪表等产品中，60%～80%的零部件都是依靠模具成形，需求量与日俱增粗略统计我国每年消耗热锻模具钢数万吨,总价值上亿。所以提高热锻模具使用寿命，减少其生产成本，便捷其生产流程，减短其制造时间以及废弃模具的回收再利用是当前工业生产中迫切需要克服的重大技术难题，对其经济的增长有着深远的意义。
目前，大多数的压铸模具都是因为热疲劳裂纹导致的损坏失效。压铸模的另一种失效方式是腐蚀是模具受到液态金属的腐蚀所产生的失效。然而绝大多数的失效形式还是热疲劳所引起的。随着现代模具行业的迅速发展人们对模具材料的性能的要求也是越来越高,假如为了提高生产率，降低成本，将一些高熔点的合金材料直接冲压成型或者压铸成型，这对热作模具钢的耐热性有很大的需求所以要提高其耐热性。在模具的使用过程中肯定会出现表面的温度和中心温度的差异，表面和中心温度的差别产生热应力，最终这种不平衡将导致热疲劳裂纹的出现。所以模具的使用温度越高表面与中心的温度差别也就越明显也就越容易产生热裂纹。因此,对热作模具钢热疲劳性能的研究越来越受到人们的重视了。本文采用的是微合金化热作模具钢经过设定的热处理后进行热疲劳循环实验探讨热疲劳循环对其表面到中心硬度梯度变化的影响以及不同循环次数的热疲劳截面金相的分析来更加了解热疲劳的影响从而对生产研究起指导的作用。
1.2模具钢的介绍
模具钢是用来制造各种冲压，锻造和压铸成型的工件模具的钢种，它总的分为两类：热作模具钢和冷作模具钢。本文采用的是微合金化热作模具钢所以这里着重介绍热作模具钢[2]。
1.2.1冷作模具钢
冷作模具钢指的是在正常的室温下对金属进行加工处理的模具用钢，冷作模具钢对其基本的性能要求是高的硬度以及耐磨性，因此冷作模具钢一般都是采用含碳量高的钢种作材料。为保证获得高硬度和高耐磨性，所以说冷作模具钢的含碳量普遍较高，绝大多数都超过 1.0％C，还有些甚至达到了2.0％C[36]。冷作模具钢里面主要含有的元素是铬，铬元素能有效的提高模具钢的淬透性形成相应的碳化物，形成的碳化物能够显著的提高钢的耐磨性。还有些其他的元素对钢的强化起着有益的作用，例如在钢内加入锰元素可以有效的提高钢的淬透性以及硬度，还有钨、钼、钒等其他的一些元素可以与碳形成细小而分散的碳化物，可以进一步的加强钢的耐磨性，淬透性还可以细化晶粒的尺寸以及提高钢的回火稳定性提高其韧性和强度等。
对冷作模具钢进行热处理的标准是最大可能的提高其各方面的力学性能，使用性能等，不同的钢有着不同的适合的独特的热处理方式。这里就不做一一的介绍了，对不同的钢要选择不同合适的淬火温度，回火温度，退火温度等来强化其各方面的性能以达到市场所要求的作用。
1.2.2热作模具钢
热模具钢是液态或热液态金属的金属加工成型所得到的，它可分为锻造模具，热挤压模具和压铸模具这三类。热作模具钢要在高温工作的恶劣环境下工作，所以它需要有足够的高温硬度和高温强度和回火阻力。所以该类热作模具钢一般都采用含碳量适中的钢种作为材料。它在工作的时候模具型腔表面温度可达到600。热作模具钢，所需具有较高的耐高温耐磨性；组织稳定性和抗热疲劳的性能；以及具有足够的淬透性能。合金化特点：中碳性，加入Mo，W，V元素，提高回火稳定性，同时Mo还有减少第二类回火脆性的作用。热作模具钢常用钢种有5GrMnMo, 5CrNiMo, 3Gr2W8V等。通常5GrMnMo，5CrNiMo常被用作普通热模锻、热挤压压铸模具一般用4Gr5MoSiV，3Gr2W8V通常用作压铸模具[7]。热作模具钢的最终热处理是淬火以及高温回火、锻造模具钢的组织组成为回火屈氏体和回火索氏体组织，压铸模具钢是由回火马氏体、碳化物和残余奥氏体所组成的。
目录
第一章 绪论 2
1.1引言 2
1.2模具钢的介绍 2
1.2.1冷作模具钢 3
1.2.2热作模具钢 3
1.2.3微合金化热作模具钢 4
1.3热处理的介绍 4
1.4热疲劳简介 5
1.4.1热疲劳的研究发展状况 5
1.4.2热疲劳产生的原理 5
1.4.3影响热疲劳的因素有哪些 6
1.4.4热疲劳裂纹的生长机制 7
1.4.5循环软化 7
1.4.6热疲劳测试方法 8
1.5本课题的研究内容 8
第二章 实验方法及设备 9
2.1钢的热处理 9
2.2热疲劳循环软化实验 10
2.2.1试样的制备 10
2.2.2实验装置 11
2.3硬度测试 13
2.4金相的制备 14
第三章 实验结果分析 16
3.1裂纹截面组织分析 16
3.2热疲劳裂纹的比较 17
3.3硬度记录及分析 20
结 论 22
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
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模具是工业里面的最基本的生产工具，他的使用性能与使用寿命，对一个企业的设备使用时间产品更新速度在同等行业的竞争力起着至关重要的作用[1]。模具的生产技术水平的高低，已然成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在汽车、电子、电器、农机、仪器仪表等产品中，60%～80%的零部件都是依靠模具成形，需求量与日俱增粗略统计我国每年消耗热锻模具钢数万吨,总价值上亿。所以提高热锻模具使用寿命，减少其生产成本，便捷其生产流程，减短其制造时间以及废弃模具的回收再利用是当前工业生产中迫切需要克服的重大技术难题，对其经济的增长有着深远的意义。
目前，大多数的压铸模具都是因为热疲劳裂纹导致的损坏失效。压铸模的另一种失效方式是腐蚀是模具受到液态金属的腐蚀所产生的失效。然而绝大多数的失效形式还是热疲劳所引起的。随着现代模具行业的迅速发展人们对模具材料的性能的要求也是越来越高,假如为了提高生产率，降低成本，将一些高熔点的合金材料直接冲压成型或者压铸成型，这对热作模具钢的耐热性有很大的需求所以要提高其耐热性。在模具的使用过程中肯定会出现表面的温度和中心温度的差异，表面和中心温度的差别产生热应力，最终这种不平衡将导致热疲劳裂纹的出现。所以模具的使用温度越高表面与中心的温度差别也就越明显也就越容易产生热裂纹。因此,对热作模具钢热疲劳性能的研究越来越受到人们的重视了。本文采用的是微合金化热作模具钢经过设定的热处理后进行热疲劳循环实验探讨热疲劳循环对其表面到中心硬度梯度变化的影响以及不同循环次数的热疲劳截面金相的分析来更加了解热疲劳的影响从而对生产研究起指导的作用。
1.2模具钢的介绍
模具钢是用来制造各种冲压，锻造和压铸成型的工件模具的钢种，它总的分为两类：热作模具钢和冷作模具钢。本文采用的是微合金化热作模具钢所以这里着重介绍热作模具钢[2]。
1.2.1冷作模具钢
冷作模具钢指的是在正常的室温下对金属进行加工处理的模具用钢，冷作模具钢对其基本的性能要求是高的硬度以及耐磨性，因此冷作模具钢一般都是采用含碳量高的钢种作材料。为保证获得高硬度和高耐磨性，所以说冷作模具钢的含碳量普遍较高，绝大多数都超过 1.0％C，还有些甚至达到了2.0％C[36]。冷作模具钢里面主要含有的元素是铬，铬元素能有效的提高模具钢的淬透性形成相应的碳化物，形成的碳化物能够显著的提高钢的耐磨性。还有些其他的元素对钢的强化起着有益的作用，例如在钢内加入锰元素可以有效的提高钢的淬透性以及硬度，还有钨、钼、钒等其他的一些元素可以与碳形成细小而分散的碳化物，可以进一步的加强钢的耐磨性，淬透性还可以细化晶粒的尺寸以及提高钢的回火稳定性提高其韧性和强度等。
对冷作模具钢进行热处理的标准是最大可能的提高其各方面的力学性能，使用性能等，不同的钢有着不同的适合的独特的热处理方式。这里就不做一一的介绍了，对不同的钢要选择不同合适的淬火温度，回火温度，退火温度等来强化其各方面的性能以达到市场所要求的作用。
1.2.2热作模具钢
热模具钢是液态或热液态金属的金属加工成型所得到的，它可分为锻造模具，热挤压模具和压铸模具这三类。热作模具钢要在高温工作的恶劣环境下工作，所以它需要有足够的高温硬度和高温强度和回火阻力。所以该类热作模具钢一般都采用含碳量适中的钢种作为材料。它在工作的时候模具型腔表面温度可达到600。热作模具钢，所需具有较高的耐高温耐磨性；组织稳定性和抗热疲劳的性能；以及具有足够的淬透性能。合金化特点：中碳性，加入Mo，W，V元素，提高回火稳定性，同时Mo还有减少第二类回火脆性的作用。热作模具钢常用钢种有5GrMnMo, 5CrNiMo, 3Gr2W8V等。通常5GrMnMo，5CrNiMo常被用作普通热模锻、热挤压压铸模具一般用4Gr5MoSiV，3Gr2W8V通常用作压铸模具[7]。热作模具钢的最终热处理是淬火以及高温回火、锻造模具钢的组织组成为回火屈氏体和回火索氏体组织，压铸模具钢是由回火马氏体、碳化物和残余奥氏体所组成的。
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