新型镁合金压铸模具钢MD1的组织与性能的研究

摘要

本论文系统地研究了新型镁合金压铸模具钢MD1的热处理工艺:淬火温度(1080℃、1120℃、1150℃)、回火温度(600℃、630℃、660℃、690℃和720℃)、回火次数(一次、两次和三次回火)对材料组织、力学性能、热疲劳性能等的影响规律,获得了最佳的热处理工艺,为提高新型镁合金压铸模具钢MDl的使用寿命提供了理论基础和实验依据。
　　 研究结果表明,MD1钢1080℃和1120℃的淬火态组织为板条马氏体+残余奥氏体+未溶碳化物,1150℃后已没有明显的残余奥氏体存在。随着淬火温度的升高,合金碳化物逐渐溶入到奥氏体基体,提高了材料的强度与硬度,但过高的淬火温度导致晶粒粗大,韧性下降,淬火温度选择1120℃较为合适。MD1钢淬火后的回火过程中出现了二次硬化现象,1120℃和1150℃的二次硬化温度在630℃附近,二次硬化峰温度以后硬度逐渐下降。回火硬度最小值也高达42HRC,说明MD1钢具有很高的回火稳定性。XRD检测结果发现,回火后析出的碳化物主要是M6C和MC,即Fe3W3C、Fe3Mo3C和VC；高温回火后发现少量的M23C型碳化物,VC弥散析出造成了二次硬化。1120℃和1150℃淬火后回火的试样塑性、韧性随着回火的升高存在一个谷值,谷值温度在660℃。TEM结果显示,660℃回火时碳化物以薄片状沿原奥氏体晶界以及马氏体板条束间析出为主,增大了脆性,660℃之后,碳化物以颗粒状析出居多,塑性、韧性又提高。对回火次数的研究表明,1120℃淬火+660℃三次回火的碳化物以细小的颗粒状弥散析出,具有最好的综合力学性能。
　　 MD1钢热疲劳性能主要受强度控制,在强度与塑性的配合最佳时获得最大的热疲劳抗力。高强度可以抑制裂纹的萌生,而良好的塑性又会阻碍裂纹的扩展。MD1钢的热疲劳裂纹都是沿晶扩展,且表面具有很大的残余压应力,残余压应力延缓了疲劳裂纹的萌生与扩展,从而提高热疲劳抗力。随着淬火温度的升高,热疲劳性能出现一个最大值。随着回火温度的升高,热疲劳性能也出现了峰值。随着循环上限温度的升高,热疲劳抗力减小,循环上限温度不超过700℃。结果表明,1120℃淬火+660℃三次回火的试样,循环上限温度不超过700℃则具有很好的热疲劳抗力。
　　 使用SEM、XRD、EDS对MD1钢在700℃的高温氧化100h后的氧化膜形貌、相组成、化学成分等研究后发现,试样表层形成氧化膜主要为Fe2O3和具有尖晶石结构的MnFe2O4、FeCr2O4,该氧化膜致密,起到很好的保护作用,因此MD1钢具有很高的抗氧化性。热稳定实验结果表明,MD1钢经不同时间保温后,硬度下降缓慢,具有很高的热稳定性。
　　 研究结果表明MD1钢最优化的热处理工艺为:1120℃淬火+660℃三次回火,每次回火4h。

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第一章 绪论

1.1 选题的目的与意义

1.2 镁合金压铸模的工作条件和失效形式

1.2.1 镁合金压铸模的工作条件

1.2.2 镁合金压铸模的失效形式

1.3 压铸模用钢的性能要求

1.3.1 高温强度与韧性

1.3.2 硬度

1.3.3 抗热疲劳性

1.3.4 热稳定性

1.3.5 抗氧化性

1.3.6 耐熔融损伤性

1.4 国内外压铸用热作模具钢的研究现状

1.4.1 国外压铸用热作模具钢的研究现状

1.4.2 国内压铸用热作模具钢的研究现状

1.4.3 镁合金压铸模具钢的研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第二章 实验方法

2.1 实验用钢的熔炼

2.2 热处理

2.3 试样的制备

2.3.1 拉伸试样

2.3.2 冲击试样

2.3.3 热疲劳性试样

2.3.4 抗氧化性试样

2.3.5 热稳定性试样

2.4 性能测试

2.4.1 室温力学性能测试

2.4.2 高温性能测试

2.5 微观组织观察与分析

2.5.1 金相组织分析

2.5.2 扫描电子显微镜及能谱分析

2.5.3 透射电子显微镜分析

2.5.4 X射线衍射仪分析

第三章 热处理工艺对MD1钢组织与力学性能的影响

3.1 淬火温度对MD1钢的组织与力学性能的影响

3.1.1 淬火温度对MD1钢组织的影响

3.1.2 淬火温度对MD1钢力学性能的影响

3.1.3 分析与讨论

3.2 回火温度对MD1钢的组织与力学性能的影响

3.2.1 回火温度对MD1钢组织的影响

3.2.2 不同回火温度对MD1钢力学性能的影响

3.2.3 分析与讨论

3.3 不同回火次数对MD1钢的组织与力学性能的影响

3.3.1 不同回火次数对MD1钢的组织的影响

3.3.2 不同回火次数对MD1钢的力学性能的影响

3.4 本章小结

第四章 MD1钢热疲劳性能的研究

4.1 热疲劳概述

4.1.1 热疲劳裂纹的萌生与扩展

4.1.2 热疲劳的影响因素

4.1.3 热疲劳实验方法

4.2 淬火温度对MD1钢热疲劳性能的影响

4.2.1 热疲劳裂纹形貌

4.2.2 热疲劳裂纹表面参数与循环次数的关系

4.2.3 表面残余应力的测定

4.2.4 分析与讨论

4.3 回火温度对MD1钢热疲劳性能的影响

4.3.1 热疲劳裂纹形貌

4.3.2 热疲劳裂纹表面参数与循环次数的关系

4.3.3 分析与讨论

4.4 回火次数对MD1钢热疲劳性能的影响

4.5 循环上限温度对MD1钢热疲劳性能的影响

4.6 本章小结

第五章 MD1钢抗氧化性与热稳定性的研究

5.1 MD1钢的抗氧化性能研究

5.1.1 MD1钢700℃恒温氧化规律研究

5.1.2 MD1钢750℃恒温氧化规律研究

5.1.3 分析与讨论

5.2 MD1钢热稳定性能研究

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文