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《吉林大学》 2018年
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新型冷作模具钢5Cr5MoV焊接接头组织与性能研究

孔祥瑞  
【摘要】:随着我国汽车制造业的迅速发展,模具工业的技术水平日益提升,新型铸造模具钢不断被开发应用。冷作模具钢由于服役过程中所承受的摩擦、冲击与压力,会导致出现断裂、崩刃失效等问题,进而近年来关于模具钢修复的研究成为了模具制造所关注的焦点。研究新型铸造冷作模具钢在堆焊修复过程中焊接接头的组织与性能特点对于模具工业的发展具有重要的意义。本文以新型铸造冷作模具钢5Cr5MoV为研究对象,研究其热处理与SMAW(焊条电弧焊,Shield Metal Arc Welding)焊接接头组织与性能。研究结果表明,5Cr5MoV模具钢铸态组织为层片状珠光体;退火组织为先共析铁素体和粒状珠光体;高频感应淬火组织为细针状马氏体。5Cr5MoV模具钢焊条电弧焊焊接接头中,完全淬火区由先共析铁素体、回火马氏体、回火索氏体、残余奥氏体和少量未溶解的碳化物组成;不完全淬火区的组织有回火马氏体、残余奥氏体、先共析铁素体、粒状珠光体;打底层焊缝组织有板条马氏体、残余奥氏体和少量的回火马氏体、回火索氏体;盖面层焊缝组织为板条马氏体和残余奥氏体。盖面层平均硬度为710.0HV,较高频淬火态母材硬度提高15%。堆焊层的耐磨性优于母材,高载荷下其优势更加明显。在不同载荷下堆焊层与母材的磨损机制相似,低载荷下呈现磨粒磨损,高载荷下均表现出严重的粘着磨损和氧化磨损。同时堆焊层金属的抗氧化性优于母材金属,其氧化磨损阶段的耐磨性更好。对比研究不同焊接电流下5Cr5MoV模具钢MIG(熔化极惰性气体保护焊,Metal Inert-gas Welding)焊接接头组织变化规律。结果表明,随着电流的增大,完全淬火区中回火马氏体的板条粗化,残余奥氏体减少,同时有少量回火索氏体形成。不完全淬火区由回火马氏体、残余奥氏体、先共析铁素体和粒状珠光体组成,不同电流下组织变化不明显。低电流下焊缝晶粒为柱状晶,高电流下树枝晶形态更为明显,且生长方向不一,树枝晶长度变小。打底层焊缝组织由板条马氏体、回火马氏体和残余奥氏体组成,190A电流下的打底层底部出现回火索氏体。盖面层焊缝组织由板条马氏体、残余奥氏体以及大量细小碳化物颗粒组成。焊缝组织中的颗粒物是一种含有Ti、V、Cr、Mn、W元素的复杂的碳化物颗粒。EDS分析得出碳化钛为初生相,碳化钒基于先形成的碳化钛为核心在其表面析出。随着焊接电流的增大,MIG焊接热影响区以及焊缝的硬度下降,盖面层焊缝硬度较高频感应淬火后的母材硬度提升约5.0%,较焊条电弧堆焊的盖面层硬度下降约8.4%。随着电流增大,MIG焊接接头脆性降低、强度升高,不同电流下MIG焊接接头的抗拉强度与延伸率均高于SMAW焊接接头。Ti元素的添加使MIG焊接接头具有更高的抗拉强度和塑韧性。随着载荷的变化,三种电流下堆焊层的磨损率表现出相同的趋势,载荷在30N~120N内磨损率相近,载荷超过120N后磨损率急剧升高。低载荷下,MIG堆焊层表面的磨损机制为磨粒磨损,耐磨性优于高频淬火态的母材;高载荷下,堆焊层磨损机制为氧化磨损与粘着磨损,随着电流增大,氧化现象加剧,并伴有严重的塑性变形。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG457.11

【参考文献】
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