塑料模具钢3Cr2Mo相变动力学和相变塑性的实验研究

摘要

3Cr2Mo钢具有适中的硬度、良好的切削加工性能和镜面抛光性能,适合于制造大型、精密、复杂的塑料模具,因而得到广泛应用。本论文着重研究该材料的CCT/TTT曲线、各相的力学性能、不同相变的相变塑性及应力对相变动力学的影响,为进一步实施该材料淬火过程计算机模拟提供准确而必要的输入参数。钢的相变动力学曲线是制订热处理工艺的重要依据,也是热处理工艺计算机模拟必要的输入参数。本文利用膨胀法在Gleeble-3500热模拟试验机上测试了塑料模具钢3Cr2Mo的奥氏体连续冷却相变曲线(CCT)和过冷奥氏体等温转变动力学曲线(TTT)。CCT/TTT曲线表明:该钢获得马氏体的临界冷却速率为5℃/s,极易获得贝氏体组织,但贝氏体转变不完全。钢的力学性能是实现精确淬火过程计算机模拟所必需的。本文利用Gleeble-3500热模拟试验机进行了膨胀试验和高温拉伸试验,测定了3Cr2Mo钢中不同组织(马氏体、珠光体、贝氏体和奥氏体)的力学性能,包括热膨胀系数、弹性模量、塑性模量和屈服强度。试验结果表明:不同相组织的力学性能差别很大,而且都随温度变化而显著变化。通过膨胀实验研究了3Cr2Mo钢中马氏体、贝氏体、珠光体相变的相变塑性,对应Greenwood-Johnson相变塑性模型中的参数K分别是: K=7.30843 E?5+6.18494 E?7σ; K=7.56269 E?5+7.46058 E?7σ; K=1.32036 E?4+2.45691E?6σ。同时研究了外加应力对不同类型相变动力学的影响。发现对于马氏体转变,外加应力对α无明显影响,其平均值约为0.02355,而M s点随着外加应力的增加而增加。对于贝氏体转变,Avrami方程参数n随外加应力的变化较小,且与等温温度关系也不大,而参数b随外加应力增加而增加。对于珠光体转变,Avrami方程参数n随外加应力的变化较明显,且随应力增加而减少,系数b的数据较为离散,总体上随着应力增加而增加。珠光体与贝氏体等温转变的孕育期随应力增加而减少,亦即外加应力可缩短相变孕育期。

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 热处理过程数值模拟的研究概况

1.3 应力与组织转变相互影响关系

1.3.1 应力对相变动力学影响的回顾

1.3.2 相变塑性研究概况

1.4 主要研究内容

第2章 3Cr_2Mo 钢连续/等温转变动力学曲线的实验研究

2.1 引言

2.2 实验设备和测试原理

2.2.1 Gleeble-3500 动态热-力学模拟试验机简介

2.2.2 热膨胀试验原理

2.3 实验材料

2.4 膨胀实验过程及数据处理

2.5 CCT 曲线和TTT 曲线的测试结果与分析

2.5.1 Ac1/Ac3/Ms/Mf 点

2.5.2 CCT 曲线的测试结果与分析

2.5.3 TTT 曲线的测试结果与分析

第3章 3Cr_2Mo 钢中不同微观组织的力学性能

3.1 引言

3.2 试验方法及过程

3.3 高温夹式引伸计与应力-应变曲线

3.4 不同组织的单向拉伸曲线

3.5 不同组织的弹性模量E 、屈服强度σ_s 、塑性模量H '

第4章 应力与组织转变相互关系的实验研究

4.1 引言

4.2 表征相变塑性和应力对相变动力学影响的模型

4.3 实验方法及过程

4.4 马氏体相变塑性和应力对马氏体相变动力学的影响

4.4.1 马氏体相变膨胀曲线

4.4.2 实验数据分析及结果

4.5 贝氏体相变塑性和应力对贝氏体相变动力学影响

4.5.1 不同温度下的贝氏体最大转变量

4.5.2 无应力条件下Avrami 公式中的参数t_s 、b 和n

4.5.3 相变塑性参数K

4.5.4 应力作用下Avrami 公式中参数t_s 、b 和n

4.6 珠光体相变塑性和应力对珠光体相变动力学的影响

4.6.1 无应力条件下Avrami 公式中的参数t_s ，b 和n

4.6.2 相变塑性参数K

4.6.3 应力作用下Avrami 公式中的系数t_s 、b 和n

4.7 实测膨胀曲线与参数化相变模型预测的膨胀曲线的比较

4.7.1 马氏体相变

4.7.2 贝氏体相变和珠光体相变

第5章 结论

5.1 结论

5.2 展望

附录

参考文献

致谢

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