HM1钢气门热锻模的表面改性对其寿命的影响研究

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1、StudyonInfluenceofSurfaceModificationofHM1HotForgingDieforValveonItsServiceLifeADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WengMingxinSupervisor：Prof.LuoJiandongProf.LinYuzhouSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG174.445学校代号：10

2、561学号：201521002959华南理工大学硕士学位论文HM1钢气门热锻模的表面改性对其寿命的影响研究作者姓名：翁明鑫指导教师姓名、职称：罗建东、高级工程师林育周、高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：安全工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：材料安全技术论文提交日期：2018年4月12日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：袁智委员：李建三、马小明、姜立春、田震摘要气门是汽车发

3、动机的重要部件。工业生产中，气门毛坯一般通过锻造终锻成形。由于气门热锻模的使用条件极为苛刻，其平均使用寿命较低。这不仅造成了气门的生产成本高，生产效率低，而且还可能由于模具的异常失效造成人身伤害。因此，研究如何利用表面改性手段以有效提高热锻模的寿命，具有十分重要的意义。本文以HM1气门热锻模为研究对象，在分析其失效机理的基础上，采用离子氮化、渗金属及其复合处理技术，以耐磨性为主要指标，探讨了表面改性手段的有效性，并将较优工艺应用于热锻模的实际生产中。具体研究内容及结论如下：（1）HM1气门热锻模

4、的失效分析。对CP395型气门热锻模的失效情况进行了统计，并以其中典型失效的模具为例，分析了其失效机理。结果表明：气门热锻模的失效以磨损失效为主（占36%）；典型案例中，模具失效的主要原因是型腔R位发生的严重的磨粒磨损导致模具尺寸超差。（2）HM1热锻模具钢离子氮化工艺及其对耐磨性的影响。利用OM、XRD、SEM、EPMA、3D轮廓仪及显微硬度计表征了HM1钢氮化层的基本性能，探讨了离子氮化温度，气压及氮氢比对HM1钢耐磨性的影响。结果表明：氮氢比主要影响化合物层成分，温度及气压主要影响氮化层厚

5、度及硬度分布。HM1钢较佳的氮化工艺为：温度540℃，N2：H2=1：3，气压600Pa。此工艺条件下，耐磨性较未处理时提高了4.43倍。（3）HM1热锻模具钢双辉光离子渗Ti工艺及其对耐磨性的影响。采用双辉光离子渗金属技术在520~540℃的温度下进行2~4h的渗Ti处理，在HM1钢表面获得了5~7.5μm厚的改性层。摩擦磨损试验结果表明，离子渗Ti能有效提高HM1钢的耐磨性：HM1钢的摩擦系数可由0.6降至0.15，HM1钢的耐磨性可提升至未处理时的1.94倍。（4）HM1热锻模具钢的复合表

6、面改性处理工艺的优化及生产验证。将氮化与双辉离子渗Ti结合，获得了渗Ti层+离子氮化层的复合改性层，并以耐磨性作为主要性能指标，对复合改性工艺进行优化。最优的复合处理工艺为：预先离子氮化（540℃，N2：H2=1：5，气压600Pa，4h）+双辉光渗Ti（520℃，2h）；此工艺下，HM1钢的耐磨性较未处理时提高了9.87倍。将此工艺应用于实际生产中，结果表明：表面改性后的CP395型HM1钢气门热锻模最多可锻压成形4500支气门，其寿命较未处理时提高了3.74倍。关键词：气门热锻模；HM1钢；

7、离子氮化；双辉光离子渗Ti；寿命IABSTRACTThevalveisanimportantpartoftheautomobileengine.Inindustrialproduction,valveblanksaregenerallyformedbydieforging.However,theuseconditionsofhotforgingdieforvalveareveryharsh,evenifthegasnitridedHM1steelisusedasthediematerial,it

8、saverageservicelifeisstilllow.Thisnotonlyincreasesthecostofthevalveproduction,reducestheproductionefficiency,andalsomaycausepersonalinjuryduetotheabnormalcrackingofthedie.Therefore,itisofgreatimportancetoimprovetheservicelifeofdiesbysurfacemodificati