收藏本站
收藏 | 论文排版

材料、形状耦元、热循环温度对热作模具热疲劳性能的影响

孟超  
【摘要】:热疲劳失效是热作模具主要失效形式之一。国产模具使用寿命较低,我国每年消耗热作模具近百亿元人民币。因此,提高热作模具的热疲劳性能,降低模具的制造成本,具有重要的经济意义。以往研究表明,通过激光仿生耦合技术模仿生物体表的耦合作用,已经对处理国内常用的3Cr2W8V热作模具钢的热疲劳性能起到了很好的效果。然而,激光仿生耦合技术中耦元及其特征参数均对处理材料的热疲劳性能产生不同影响,并且不同种类热作模具钢经激光仿生耦合处理后的热疲劳性能响应不同,同时热循环温度也是处理后材料产生不同程度热疲劳破坏的重要因素,因此需要对其影响机制进行更深入地探讨与揭示。 因此,考察了形状耦元截面形态对激光仿生耦合试样热疲劳性能的影响;研究了在不同热循环温度下不同种类热作模具钢经激光仿生耦合处理后热疲劳性能的响应及热疲劳循环后母材与单元体的组织和硬度的变化规律;研究了材料耦元强化处理对仿生耦合试样热疲劳性能的影响;模拟了未处理试样热疲劳过程冷却后的应力场并结合热疲劳试验前后激光仿生耦合试样和未处理试样的拉伸性能,探讨了激光仿生耦合处理提高热疲劳性能的机理。主要研究结果如下: 1.根据形状耦元截面形态的轮廓及尺寸定义了三种单元体截面形态,即单元体宽度与深度比大于4倍将其命名为―扁长‖形单元体、单元体截面轮廓类似于抛物线形将其命名为―U‖形单元体、单元体截面轮廓类似于三角形将其命名为―V‖形单元体。揭示出形状耦元截面形态对热疲劳性能的影响规律,即―U‖形单元体对热疲劳性能提高效果最佳,之后为―V‖形单元体和―扁长‖形单元体。 2.不同热循环温度条件下,不同种类热作模具钢经激光仿生耦合处理后对热疲劳性能响应规律不同,即经激光仿生耦合处理后其热疲劳性能均比未处理试样有不同幅度提高;热循环上限温度为600℃时,激光仿生耦合处理HD钢具有最佳的热疲劳性能,其次为处理HHD钢、H13钢;热循环上限温度为650℃、700℃及750℃时,激光仿生耦合处理HHD钢具有最佳的热疲劳性能,其次为处理H13钢、HD钢。不同热循环温度条件下,形状耦元对提高热疲劳性能的影响为网状>条状>点状。 3.揭示了不同热循环温度条件下,不同种类热作模具钢经激光仿生耦合处理后热疲劳性能产生不同响应的原因,即在热循环上限温度为600℃时热疲劳循环后HD钢母材及其单元体的硬度仍然最高,并且不同种类热作模具钢母材及单元体的微观组织较热疲劳试验前并无显著变化,因此,在热循环上限温度为600℃时激光仿生耦合处理HD钢具有最佳的热疲劳性能。在热循环上限温度为650℃、700℃、750℃时热疲劳循环后在不同种类热作模具钢中HHD钢母材及其单元体具有最佳的抗热循环软化能力及组织热稳定性,因此,在热循环上限温度为650℃、700℃、750℃时激光仿生耦合处理HHD钢具有最佳的热疲劳性能。 4.揭示出材料耦元强化处理对仿生耦合试样热疲劳性能的影响规律 a)激光仿生耦合试样再经脉冲电流处理后,单元体组织细化、硬度提高,并且激光未处理区域也发生相变,产生细小的隐晶马氏体组织。脉冲电流处理后提高了仿生耦合试样的整体性能,因此进一步提高了仿生耦合试样的热疲劳性能。 b)激光熔覆(LC)处理与激光熔凝(LM)处理相比改变了单元体的组织和化学组成。热疲劳后LC单元体的抗热循环软化能力、组织热稳定性都优于LM单元体,因此,LC处理进一步改善了仿生耦合试样的热疲劳性能。 5.揭示出激光仿生耦合处理提高材料热疲劳性能的机理 a)材料经激光仿生耦合处理后组织和性能都要优于未处理材料,即通过个体强化机制与双相混合机制使处理后的材料展现出优异的抗热疲劳裂纹萌生能力。另一方面,形状耦元对热疲劳裂纹的扩展表现出不同程度的阻滞行为,降低了热疲劳裂纹的扩展速度,提高了处理表面的抗热疲劳裂纹扩展能力。 b)当单元体形状相同时,由于热疲劳裂纹的萌生与扩展是在材料表层的一定深度范围内发生,并且热疲劳裂纹的深度随着热疲劳循环次数的增加而逐渐增加,因此不同单元体截面形态对热疲劳性能的提高幅度不同。―扁长‖形单元体在三种单元体截面形态中面积最小,且深度最浅,因此其对热疲劳性能提高幅度最小。―U‖形单元体截面面积大于―扁长‖形单元体,并且随着深度的增加―U‖形单元体的宽度要大于―V‖形单元体,因此―U‖形单元体具有最佳的热疲劳性能。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郝立华;热作模具的最佳热处理规范[J];国外金属热处理;1998年05期
2 谭建灵;提高3Cr2W8V热作模具寿命的途径[J];四川冶金;1999年01期
3 ;攀钢集团长钢公司成功开发DIN1.2344热作模具锻扁钢[J];特钢技术;2004年04期
4 赵永强;渗硼共晶化处理在3Cr2W8V钢大型热作模具上的应用[J];兵器材料科学与工程;1987年02期
5 韦绿梅;H13-RE热作模具钢激光淬火处理组织和性能的研究[J];机械工程材料;1996年04期
6 崔向红,王树奇,姜启川,方健儒,赵宇光,赵玉谦,关庆丰,战松江;铸造热锻模具的应用及失效分析[J];金属热处理;2001年01期
7 潘振鹏,王桂棠,蒋周洪,曾鹏,蔡莲淑;热作模具用钢选择与应用专家系统[J];中国机械工程;1999年08期
8 王进中;日本合金模具钢近年新技术演进[J];热处理;1999年03期
9 李月恩;赵军;王维;;热作模具表面失效与模具寿命关系研究[J];锻压技术;2009年02期
10 吴一平,乔学亮,陈建国,孙培祯,周景萍;多弧离子沉积(Ti,Al)N薄膜的结构与形貌[J];机械工程材料;1995年04期
11 潘振鹏,王桂棠,蒋周洪,曾鹏;压力机锻模具材料优化专家系统[J];机械工程材料;1999年03期
12 胡树兵,葛顺兰,陈湘一,杨亮波;3Cr2W8V钢模具离子镀TiN[J];金属热处理;1997年10期
13 陆德平,胡学军,陆磊,陈乐平,谌南平;新型热作模具钢35Cr3 Mo3SiVAIRE研究[J];机械工程材料;2002年04期
14 陈建国,程宇航,游少鑫,吴一平,乔学亮,翁均;Ti-Al-N 镀膜在齿环精锻模上的应用[J];模具工业;1998年01期
15 曹光明;H13钢模具的表面强化技术[J];模具技术;2004年04期
16 刘耀东;简东梅;;HM3焊条堆焊层组织及性能[J];热加工工艺;2005年12期
17 刘先兰;张文玉;胡治流;;热作模具的表面强化新技术[J];机床与液压;2006年05期
18 王家瑛;祝贺;李玉华;;国外热作模具分析一例[J];现代制造工程;1983年12期
19 汪大成;李刚;杜洪武;裴小勤;载克壮;;TiN镀层对热作模具寿命的改进[J];贵州科学;1989年02期
20 李文梅,何家文;气相沉积TiN和Ti(C,N)镀层的热磨损性能[J];摩擦学学报;1994年03期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 孙保良;冯正辉;江震;朱雅年;魏馥铭;黄峥;;提高热作模具寿命的几项措施[A];1999中国钢铁年会论文集(下)[C];1999年
2 ;薄壁陶瓷型精铸热作模具[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
3 赵海云;武晓雷;陈光南;;5CrMnMo激光熔凝热疲劳性能实验研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 丛大龙;热作模具激光仿生耦合修复研究、生产试验及设备制造[D];吉林大学;2014年
2 孟超;材料、形状耦元、热循环温度对热作模具热疲劳性能的影响[D];吉林大学;2014年
3 陈莉;激光仿生非光滑表面热作模具的磨料磨损性能研究[D];吉林大学;2007年
4 张志辉;激光仿生耦合处理热作模具的热疲劳性能研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 纪现磊;基于网络的热作模具材料选择与应用专家系统的研究开发[D];广东工业大学;2002年
2 周健;提高热作模具用H13钢性能的研究[D];昆明理工大学;2009年
3 吴文峰;热作模具选材及热处理智能决策支持系统设计与应用研究[D];江苏大学;2009年
4 宋锐;3Cr2W8V热作模具钢高温磨损行为的研究[D];江苏大学;2009年
5 赵昆鹏;热作模具激光仿生强化工艺参数优化[D];哈尔滨理工大学;2013年
6 蔺涛涛;几种热作模具材料表面TD渗铬的工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
7 邱红钰;热锻模具钢激光仿生强化的工艺技术研究[D];浙江大学;2014年
8 尹德猛;脉冲电流处理H13钢组织演变及热疲劳行为的研究[D];吉林大学;2010年
9 杨义忠;5CrMnMo钢及其堆焊材料激光强化层高温性能的研究[D];清华大学;2011年
10 李浩;非平衡磁控溅射CrTiAIN薄膜的组织结构及性能研究[D];浙江工业大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 马富强;中钢邢机成功研制国内最大热作模具钢轧辊[N];中国工业报;2009年
2 莫刚;模具钢产品不断推陈出新[N];中国工业报;2003年
3 马富强 和志华 董广顺;中钢邢机特大型热作模具钢轧辊填补国内空白[N];河北日报;2009年
4 刘云成 白继祖;储足后劲攀新高[N];山西经济日报;2000年
5 ;国内外模具钢发展新趋势[N];世界金属导报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978