脉冲磁处理降低SKD11模具钢残余拉应力的机制及关键技术研究

摘要

冲压模具是一类重要的应用广泛的金属工件，承受着循环应力与应变、剧烈摩擦，以及高接触压力，极易产生疲劳失效，导致模具寿命较低。目前业内改善冲压模具材料应力状态，提高冲压模具寿命的主要方法是热处理，但热处理方法有许多不足。脉冲磁处理作为热处理的替代技术，已被广泛的应用于刀具的改性，但该技术在冲压模具上的应用鲜有报道，相关理论也不明晰。因此，本文的工作重在研究脉冲磁处理的机理，并为磁处理在冲压模具上的应用提供指导。具体研究摘要如下。
　　（1）研制了一套脉冲磁处理装置，其脉冲频率可调范围为0～30Hz，磁场强度可调范围为0～2T。主要工作包括，借助有限元分析软件MAXWELL对磁化器的参数设计进行了检验和优化，并制作了磁化器；设计并制作了以单片机为控制核心的脉冲电源。
　　（2）设计了单因素试验来分析磁场各参数对SKD11钢试样残余拉应力的影响，研究了磁处理对试样材料硬度的影响。
　　（3）宏观方面从磁致伸缩和能量变化两个角度出发，对部分试验现象做出了解释，分析了在由磁致伸缩产生的循环应力的作用下，残余应力的变化过程；分析了磁场作用下，材料体系的能量变化。微观方面从应力和硬度的本质—位错着手，创新地将磁处理过程划分为位错塞积开动和位错增殖这两个阶段来分析，对试验现象做出了全面解释，在第一阶段推导出了使位错塞积群克服点阵阻力所需的临界磁场强度Hp的公式，在第二阶段推导出了使单个弗兰克-瑞德位错源增殖所需的临界磁场强度Hc的公式，还推导出了使单个位错克服点阵阻力所需的临界磁场强度Hp′的公式。
　　（4）以试验结果和理论推导为依据，提出了脉冲磁处理在冲压模具的应用中需要遵循的若干原则。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 金属磁处理技术研究现状

1.3 课题的来源、意义以及研究内容

2 脉冲磁发生装置的研制

2.1 脉冲磁发生装置整体设计方案

2.2 磁化器的设计与制作

2.3 低频脉冲电源的设计与制作

2.4 本章小结

3 磁场工艺参数对磁处理效果影响探究

3.1 试验方案

3.2 实验准备

3.3 磁场强度单因素试验

3.4 磁场频率单因素试验

3.5 磁场方向与拉应力方向间夹角单因素试验

3.6 磁处理时长单因素试验

3.7 脉冲磁场对SKD11钢微观硬度的影响

3.8 本章小结

4 磁学基本理论与实验材料分析

4.1 磁学基本理论

4.2 实验材料分析

4.3 本章小结

5 试验结果的理论分析

5.1 试验结果的宏观解释

5.2 试验结果的微观本质分析

5.3 磁处理在冲压模具中的应用指导

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 硕士期间发表论文

附录Ⅱ 单片机控制程序