轧制态SKD11冷作模具钢多级触变锻造研究

摘要

通过半固态成形制造的产品性能不均匀主要是由成形期间金属半固态坯料的液相偏析造成的。虽然液相偏析可以被较低的成形温度、较高的应变速率以及较小的冲程抑制，但利用上述参数来实现近净成形是相当困难的。本课题提出了一种包括部分重熔、快速一次压缩、局部凝固和二次压缩在内的多级触变锻造方法用以削弱触变成形样品中的液相偏析。利用了多道次热模拟试验机对商用轧制态SKD11冷作模具钢进行了多级触变锻造的物理模拟实验。研究了多级触变锻造各阶段不同的成形参数对轧制态SKD11冷作模具钢微观组织演变和触变行为的影响。在整个触变成形过程中不会发生液相的外流，并且可以通过局部凝固和随后的二次压缩来有效地抑制液相的流出。　　研究结果表明在重熔过程中，随着重熔温度的升高，轧制态SKD11冷作模具钢依次发生奥氏体化、奥氏体晶粒的长大、两种不同形貌碳化物的溶解以及部分熔融等微观组织演变；奥氏体晶粒尺寸先是迅速地增加然后是缓慢地降低，而液相分数和晶粒的形状因子则是不断增大。　　研究结果显示在快速一次压缩中，轧制态SKD11冷作模具钢的流动应力-真应变曲线可以被两个临界真应变值εc1和εc2划分为三个阶段。当变形温度升高和应变速率降低时，流动应力和液相偏析分别随之下降和增大。相较于第一和第三阶段，第二阶段液相偏析增加的速度较大。在局部凝固阶段，中心和边缘区域固相晶粒的形状因子会随着冷却温度和冷却速率降低而减小。由于中心和边缘区域液相含量不同，一方面导致局部凝固后边缘与中心区域的微观组织演变有着显著差别，另一方面也使得固相晶粒在凝固过程中以不同的方式生长。当双道次半固态压缩的行程分别为2mm和4mm时，二次压缩阶段液相偏析增大；当双道次半固态压缩的行程分别为4mm和2mm时，二次压缩阶段液相偏析基本保持不变，且此时应变速率对液相偏析只产生轻微影响。通过包含变形温度为1280℃、应变速率为2.0/s、压缩行程为4mm的快速一次压缩，冷却温度为1240℃、冷却速率为2℃/s的局部凝固，变形温度为1240℃、应变速率为0.1/s、压缩行程为2mm的二次压缩在内的多级触变锻造，制得了具有更均匀微观组织和更光滑表面的SKD11冷作模具钢样品，最终验证了多级触变锻造方法的可行性。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2.1 半固态成形技术概况

1.2.2 半固态成形技术分类

1.2.3 半固态坯料制备方法

1.3 钢铁材料的半固态成形技术

1.3.1 钢铁材料半固态成形技术的难点

1.3.2 钢铁材料半固态成形技术的工业应用

1.3.3 钢铁材料半固态成形模具的发展

1.4 课题的提出及意义

1.5 主要研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 技术路线

2.3 热物理性能测试

2.4 多级触变锻造实验

2.4.1 部分重熔实验

2.4.2 半固态热压缩实验

2.5.1 金相组织分析

2.5.2 扫描电镜及能谱分析（SEM和EDS分析）

2.5.3 定量参数分析

3 轧制态 SKD11 冷作模具钢的部分重熔

3.1 轧制态 SKD11 冷作模具钢的热物理性能

3.2 原材料的微观组织

3.3 部分重熔对轧制态 SKD11 冷作模具钢微观组织的影响

3.4.1 微观组织定量分析

3.4.2 半固态部分重熔过程分析

3.4 本章小结

4 成形条件对 SKD11 冷作模具钢微观组织和触变行为的影响

4.1 多级触变锻造成形过程的物理模拟

4.2 快速一次压缩阶段分析

4.2.1 成形温度对微观组织的和触变行为的影响

4.2.2 应变速率对微观组织的和触变行为的影响

4.3 局部凝固阶段分析

4.3.1 冷却温度对微观组织的影响

4.3.2 冷却速率对微观组织的影响

4.4 二次压缩阶段分析

4.4.1 压缩行程对触变行为的影响

4.4.2 应变速率对触变行为和试样外观的影响

4.5 本章小结

5 结 论

参考 文 献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 学位论文数据集

致谢