热锻模具表面喷丸渗氮强化研究

摘要

锻造模具除了要求模具具有足够高的强度和韧性外，还要求有比较良好的耐磨性能。对某厂的热作模具钢5CrNiMo微车曲轴模具失效形式进行研究发现，大多数模具失效主要发生在模具表面。因此提出改善模具的表面性能以提高模具寿命。材料表面渗氮和喷丸强化是两种常见的表面处理方法，因为其成本低、操作简便得到了非常广泛的应用。本课题主要研究通过这两种方法改善5CrNiMo钢模具表面性能。
　　本文先研究了5CrNiMo钢的喷丸强化。首先应用数值模拟软件ABAQUS\Explicit对5CrNiMo钢喷丸强化过程进行了仿真分析。建立了数值模拟模型，分析了不同的喷丸工艺参数对表面强化层残余压应力分布及表面粗糙度的影响。根据模拟分析结果，结合实际的喷丸设备，选定较为合理的喷丸工艺参数。针对选定工艺参数，对模具和试样进行处理。对了5CrNiMo钢喷丸强化的机理及强化效果进行研究。
　　为研究5CrNiMo钢表面渗氮强化对表面性能的影响机理及改善效果，采用两种软氮化催渗工艺，对模具和试样进行处理。通过实验方法，研究5CrNiMo钢表面软氮化处理的强化机理及强化效果。将实验研究和实际生产相结合，研究软氮化强化工艺在实际生产中对模具表面性能的改善效果。
　　为进一步提高强化效果，将表面喷丸处理和多元共渗催渗软氮化两种工艺相结合，对5CrNiMo钢模具和试样进行表面强化处理。将复合强化工艺和单独强化处理进行比较，研究复合强化机理，比较几种强化方式的表面性能改善效果。
　　本文综合分析通过喷丸，渗氮及喷丸+渗氮复合强化5CrNiMo钢表面的的强化机理及强化效果。最终确定，通过喷丸+多元共渗催渗软氮化的表面强化效果要明显优于其他几种强化方式，可以有效改善模具材料表面性能，提高模具寿命。这种复合强化工艺非常适合于该类型的5CrNiMo曲轴模具，应该广泛应用到5CrNiMo钢锻模的生产中去。

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1 绪 论

1.1研究的目的及意义

1.2喷丸强化研究现状

1.3渗氮强化研究现状

1.4主要研究内容

2 实验材料及研究方法

2.1实验材料

2.2喷丸实验设备

2.3氮化工艺及设备

2.4实验测试方法

3 5CrNiMo钢喷丸强化研究分析

3.1 5CrNiMo钢喷丸强化工艺简介

3.2喷丸强化数值模拟仿真

3.3不同喷丸参数对喷丸强化的影响

3.4喷丸强化前后组织性能对比分析

3.5实际生产验证

3.6小结

4 5CrNiMo钢渗氮强化研究分析

4.1 5CrNiMo钢喷丸后渗氮强化工艺简介

4.2不同渗氮工艺后的组织和性能对比分析

4.3实际生产实验

4.4小结

5 5CrNiMo钢喷丸渗氮复合强化

5.1喷丸渗氮复合强化工艺简介

5.2喷丸渗氮复合强化后的组织和性能对比分析

5.3实际生产验证

5.4小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录