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新型铸造高Cr热作模具钢的焊补

陶朋  
【摘要】:国家“863”项目——近终形铸造热作模具钢,采用新型铸造高Cr热作模具钢,通过近终形(Near net shape)高新铸造技术制造模具,制造工艺为:近终形精铸毛坯——热处理——精加工——强韧化热处理——抛光,以便取代落后的模具制造工艺:合金钢坯——改锻——热处理——粗加工——热处理——精加工。具有模具寿命高、工艺简化、加工量小、材料利用率高、制造周期短、废弃模具易于再生利用、成本低、节省资源等优点。这项技术代表着热作模具制造领域里最新的发展方向,将促进相关行业的技术进步,有力地推动我国模具、汽车、机械制造等支柱产业的发展。 由于目前铸造热作模具实际使用的很少,对其进行焊接修复的研究也很少。但焊接修复技术是铸造热作模具的推广应用所急需,因此对新型铸造高Cr热作模具钢的焊接材料及工艺进行了研究将对新型铸造高Cr热作模具钢的产业化与大范围应用起到十分重要的推动作用。 本论文以市售的H13焊丝和用母材加工得到的同质焊丝对新型铸造高Cr热作模具钢进行焊补,通过化学成分分析、微观组织观察、硬度测定、热稳定性试验和热疲劳试验对比研究了H13焊接接头、同质焊接接头和新型铸造高Cr热作模具钢母材的显微组织、宏观硬度、热稳定性及热疲劳裂纹形成特点。 H13焊接接头的化学成分、微观组织(回火屈氏体)与硬度(HRC46.7)和母材的化学成分、微观组织(低碳马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+少量碳化物)与硬度(HRC39~41)有较大差异。同质焊接接头与母材的化学成分基本一致,经热处理后的微观组织为低碳马氏体+下贝氏体+残余奥氏体,和母材的微观组织一致,硬度接近(HRC39.3)。 H13焊接接头的热稳定性不如母材,在620℃保温16小时后,焊缝硬度低于母材。同质焊接接头的热稳定性与母材相近,在620℃保温4小时后直至16小时,焊缝硬度始终略高于母材钢。同质焊接接头的热稳定性优于H13焊接接头的热稳定性。 采用自约束热疲劳试验方法,在相同的热处理条件下,对比了H13焊接接头、同质焊接接头和新型铸造高Cr热作模具钢母材热疲劳抗力,观察分析了热疲劳裂纹形貌及长度,并选择典型试样进行扫描电镜分析。同质焊接接头和母材的抗热疲劳裂纹萌生能力基本一致,均大大优于H13焊接接头。同质焊接接头的抗热疲劳裂纹扩展能力优于H13焊接接头,逊于母材。 将热疲劳试样沿着裂纹扩展方向弯断形成断口,利用扫描电镜观察断口 WP=76 的形貌特征。试样切口附近区域疲劳裂纹贯穿试件,裂纹扩展前方区域,疲劳裂纹有的连接成为较长裂纹,有的独立存在。同质焊接接头和母材试样的热疲劳断口和弯断撕裂断口均为韧窝型断口,其断裂都属于延性断裂。H13焊接接头试样的热疲劳断口和撕裂断口都是准解理断口,其断裂属于脆性断裂。断口上有不同成分的夹杂物,对热疲劳裂纹的萌生与扩展有促进作用。 H13焊接接头的成分、组织和性能均与母材有较大差异,对于新型铸造高Cr热作模具钢的焊补效果不如同质焊丝。同质焊接接头的成分、组织和性能均与母材非常接近,所以,应开发同质焊丝用于新型铸造高Cr热作模具钢的焊补。


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