压铸模具钢大模块固溶冷却过程的多物理场耦合数值研究

摘要

首先采用热膨胀仪测得SDDVA钢的CCT曲线,其淬火获得全马氏体的临界冷速为0.3℃/s,不出现珠光体的临界冷速为0.02℃/s。为了避免碳化物沿晶析出而影响材料的综合性能,从800℃冷却到500℃的冷速应不小于0.1℃/s。然后基于金属-热-力耦合理论建立SDDVA钢大模块固溶冷却过程有限元模型并进行数值模拟,研究其温度场、组织场和应力场的演变特征。结果表明,水冷和"水-空-水"交替冷却对组织的演变没有明显的影响,整个模块均可获得较多的马氏体,仅心部含有极少量贝氏体,可满足压铸模具钢对固溶冷却组织的要求。同时,两种冷却工艺均可避免沿晶碳化物的析出,但"水-空-水"交替冷却可有效降低大模块冷却过程中产生的心表温差和应力差,避免开裂风险。采用此工艺生产的SDDVA钢大模块(尺寸约470 mm×800 mm×4 000 mm)按照北美压铸协会标准(NADCA#207-2011)检测,其冲击功为354.8~366.0 J,球化组织可达AS2级,无明显带状偏析及液析碳化物,达到国外同类高端产品质量水平。