d9158铁基高温合金直接时效处理研究

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1、中北大学2010届毕业论文1引言模具作为一种重要的加工工艺装备，已经成为制约我国现代制造业发展的关键因素之一。模具加工具有效率高、质量好、节约原材料、降低成本等优点，因而被广泛应用于机械工业生产的各个领域。在模具中被广泛应用的热作模具主要用于热变形加工和压力铸造。其工作特点是在外力作用下，使加热固体金属材料产生一定的塑性变形，或者是高温的液态金属制造成型，从而获得各种所需形状的毛坯。而热挤压模的工作条件恶劣，既承受压应力和弯曲应力，脱模时还承受一定的拉应力。另外，还受到冲击负荷的作用。模具与炽热金属接触时间较长，使其受热温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢

2、件和难熔金属时，工作温度高达600℃～800℃[1]。本文所研究的是为满足氧气瓶、大弹体生产中大量消耗的热挤压模具。大弹体热挤压模具温度升高快、急冷急热、受力复杂的工作条件要求模具材料必须具备良好的综合机械性能。如高的高温强度和热稳定性、足够的韧性、良好的热疲劳和热磨损抗力等。根据目前国内外热挤压模具材料的应用现状和发展趋势以及国情[2,3]，所研制的合金应是以多种元素复合合金化达到综合强化（如固溶强化、析出强化、晶界强化等）效果的铁基合金。合金工作温度应达到650℃～800℃，并具有良好的焊接性和机械加工性能[4]。模具的性能好坏、寿命长短，直接影响着

3、产品的质量和经济效益，而模具材料的热处理以及表面处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。由于弹体热拔伸成型模具，工作时受力大，模腔表面温度高（600～800℃），这不仅影响钢的化学稳定性，还会降低钢的强度，并且一般在急冷急热的条件下服役，所以工作条件相当恶劣。目前，国内外热拔伸挤压模具的寿命普遍较低，已影响到炮弹的生产和生产成本[5]。研制新模具材料，提高模具的使用寿命，降低生产成本，仍是亟待解决的课题[6]。本课题所研究材料是用自己配备成分的自制焊条堆焊而成的D9158型铁基高温合金，该合金是属于固溶强化型和沉淀强化型高温合金，是为了满足氧气瓶和大弹体生

4、产中大量消耗的热挤压模具的需要而研制的。该铁基高温合金堆焊后经过时效处理，在奥氏体基体上析出大量弥散分布的金属间化合物Laves相和合金碳化物M6C等强化相，使合金获得良好的综合性能，在大弹体成型热拔伸模具中取得良好的经济效益。第37页共37页中北大学2010届毕业论文根据直接使用情况的要求，对堆焊态合金采用直接时效热处理工艺，通过硬度分析、X射线衍射分析、金相分析、能谱和扫描分析对该D9158铁基高温合金各时效状态的组织性能的变化规律进行探讨，为合金热处理工艺的制定提供依据，以期进一步挖掘材料潜力，更好地进行推广应用。2试验过程2．1试样制备2.1.1

5、实验材料本次实验采用的是以Cr、Ni，W、Mo、C、Cr、Ni、W、Mo、V、等多元强化的铁基高温合金。该合金的成分应能保证热做模具模圈有足够的高温强度和高温硬度；由于模具在工作时承受很大的冲击力和较大的摩擦磨损，因此该合金应具备良好的耐磨性和一定的韧性；热做模具圈在工作过程中还由于急冷急热，从而产生交变热应力的作用并常引发龟裂现象—热疲劳，因而该合金还应具有很高的抗热疲劳性能和抗氧化性能以及较小的热变形。由于实验条件，本次实验的基体材料选用Q235钢。（1）D9158铁基合金的设计成分如下：表2.1D9158铁基合金的成分种类CMnSiCrNiWMoV

6、S.P含量（%）0.31-0.331.0-1.50.4-0.810.5-1210.5-128-94-50.6-1≤0.032.1.2试样的制备采用高合金钢焊丝，通过药皮过渡合金成分的复合研制方法，研制一定成分的铁基高温合金堆焊焊条。在SC101型鼓风电热恒温干燥箱中对焊条进行150℃保温1.5h处理，用来保证焊条的干燥。我们用直流焊机（ZXG-300型）将焊条堆焊成试样，焊机工作电流为110A，工作电压为20V[13]。Q235板材的大小为150×80×4mm。在Q235板材上堆焊三个大小均匀D9158铁基合金的试样，堆焊层高度为8mm厚。由于焊接时每个

7、试样连在一起，所以要把它们锯开，以便进行实验操作。用砂轮将锯开的单个试样进行打磨，把上下表面打磨平整、周围打磨圆滑，直到试样变得规则、圆滑为止。第37页共37页中北大学2010届毕业论文2.1.3试样编号根据热处理实验的要求，共制备了八个试样，其中一个为堆焊态原始试样，其余七个为热处理试样，且都做了可分辨的标记。2．2热处理过程2.2.1热处理工艺的制定高温合金的性能主要取决于它的化学组成和组织结构，当合金成分一定时，影响合金组织的因素有冶炼铸造、塑性变形和热处理工艺，其中热处理工艺对合金组织的影响更为敏感。不同热处理可使合金的晶粒度、强化相、溶解和析出

8、相的数量和颗粒尺寸、甚至晶界状态等不同。所以一种合金经不同热处理后具有不同的组织