hm1钢精密喷射成形快速制模工艺及性能研究

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1、分类号：UDC：密级：学校代码：11845学号：2111102046广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)HMl钢精密喷射成形快速制模工艺及性能研究朱明达指导教师姓名、职称瑟鹏塾援学科(专业)或领域名称：挞抖抖堂皇里程学生所属学院：趑料量篮逦堂院论文答辩日期：2Q!垒生鱼旦舢删Ⅷ㈣㈣川Ⅲ删舢0Y2581456ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechenologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceStudyonPSFrapidtoolingofriM1steelandi

2、tspropertiesCandidate：ZhuMingdaSupervisor：Prof．ZhangPengMay2014FacultyofMaterialandEnergyGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P．R．China，510006摘要喷射成形可以克服传统铸造工艺中容易形成网状碳化物、晶粒尺寸粗大等缺点。与快速凝固一粉末冶金工艺相比，它不仅具有组织均匀、无宏观偏析，又能克服界面氧化、生产过程复杂等缺点，己成功应用在航空航天、高合金材料、工模具等领域。精密喷射成形是一种典型的短流程制各零部件

3、的方法，可实现工、模具的快速成形。本论文在自制的20Kg级精密喷射成形快速制模设备上，研究制备HMl钢喷射模具。文中采用表面轮廓仪、机械加工、压缩试验等手段分析氧化铝陶瓷母模的形貌、缺陷、可加工性等，并对其力学性能进行了研究；采用显微金相、x射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法对铸造、热轧态、喷射态HMl钢的微观组织、物相、元素分布等进行了分析，并对其力学性能和摩擦学性能进行了研究。主要研究内容和结果如下：首先，结合陶瓷性能要求，分别进行了氧化铝陶瓷PVC模具、石膏模具注浆成形和压制成形三种成形试验。研究表明，压制氧化铝陶瓷获得最佳质量。喷射成形用陶瓷母模采用200目a

4、．氧化铝粉，添加MgO(1．5we／o)、Ti02(1．5wt％)、Cr203(2wt％)1000目以上细粉和(叭)6％硅溶胶，在300Mpa下压制而成，最后在马弗炉中按1400℃烧结曲线烧制而成。获得的性能参数：体收缩率2．7％、显微维氏硬度456．4HV、表面粗糙度Ral81am、致密度3．43g／cm，、3、压缩强度6．6Mpa；有良好的可加工性能；高温下易开裂，且易受钢液侵蚀。本文结合精密喷射成形工艺原理，进行丁，大量HMl钢模具喷射成形试验，得出了最佳工艺参数为：在导流管直径为04mm，雾化压力为0．6Mpa的情况下，陶瓷管伸出喷嘴下端最佳长度为4mm，雾化

5、时熔体温度为1600C左右。实验最终得到形状完整、表面粗糙度高达Ra359m、尺寸收缩2．4％的HMl钢喷射成形气门锻造模具坯体。对喷射态HMl钢组织和性能进行了研究，并与热轧态、铸造的进行了对比。结果表明，铸造HMl材料组织为粗大的等轴晶粒，晶粒尺寸100～150pm，晶界处分布大块的偏析碳化物和氧化铝夹杂；热轧态组织是破碎的铸造枝状晶，其晶粒尺寸50～2009m，晶界处为连续的网状残余奥氏体组织，碳化物以块状或颗粒状分布于晶粒中；喷射态HMl钢为细小的等轴晶组织，晶粒尺寸25～40I_un，晶界处分布有残余奥氏体，弥散分布少量细小的先共析碳化物和粒度尺寸在59in

6、左右的氧化物等夹杂。这表明采用喷射成形，可以有效消除元素偏析和网状碳化物组织。x—ray射线衍射定量分析表明，喷射广东工业大学硕士学位论文态、热轧态和铸造HMl材料的物相均为马氏体和残余奥氏体为主，残余奥氏体的相对体积分数分别为18％、16％丰118％。热轧态的硬度为49～50HRC，铸造的硬度为53～55HRC，而喷射态的硬度为60～61HRC。最后，研究了铸造、热轧态和喷射态HMI钢，在不同速度、不同温度及不同载荷三种因素下的高温滑动干摩擦性能。试验以qa4mm的C．Si陶瓷球为对磨材料。实验表明，在温度为420。C～620℃下，HMl钢的高温磨损方式表现为氧化磨

7、损、剥落磨损和磨粒磨损三位一体的磨损机制；当上升至720℃时，粘着磨损成为主要磨损机制；当温度为520。C时，HMl钢获最低的摩擦系数和磨损率，且其中铸造材料磨损率是喷射态的1．5倍，热轧态材料为1．8倍。这表明在520℃左右，是HMl钢的回火二次硬化的高峰值，该温度下残余奥氏体完全转化为回火马氏体，伴随有大量高硬度的碳化物析出，在基体中弥散分布形成硬质点阻碍材料进一步被磨损。同样摩擦试验条件下，稳定后的铸造、热轧态材料的摩擦系数均高于喷射态材料，喷射态的磨损率均低于铸造、热轧态材料。关键词：喷射成形、快速模具、工艺研究AbstractAbstrac