材料耦元对h13热作模具钢热疲劳性能的影响

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1、材料耦元对H13热作模具钢热疲劳性能的影响TheeffectofmaterialcouplingelementonthermalfatiguepropertiesofH13hotworkingdiesteel作者姓名：高明专业名称：材料加工工程指导教师：周宏教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年06月02日摘要摘要材料耦元对H13热作模具钢热疲劳性能的影响热作模具是工业生产过程中材料热成形加工的重要工具。由于其工作环境恶劣，导致热作模具的使用寿命较短，其中因热疲劳失效致使模具损坏的比例高达百分之七十左右。而H13热作模具钢作为热作模具常用的材料，被

2、国内外工业领域广泛应用，因此，改善H13热作模具钢的热疲劳性能，能够有效延长热作模具的使用寿命，具有重大意义。以往研究表明，对于现在研究和生产中最常使用的热作模具钢，依据仿生耦合理论，采用激光仿生耦合技术对其进行处理，能够大大地提高其在使用时的热疲劳性能。其中影响激光仿生耦合试样的热疲劳性能的仿生耦合元素有很多，如形状耦元，即单元体的形态、大小等元素；还有结构耦元，即单元体的分布、间距等元素；以及材料耦元，即单元体的化学组成、组织形态等元素。通过改变这些仿生耦合元素，能够进一步改变仿生耦合试样的热疲劳性能。以往已经对形状耦元、结构耦元及其特征量对H13

3、热作模具钢热疲劳性能的影响做了研究，因此本文主要研究了材料耦元对H13热作模具钢热疲劳性能的影响。本文采用激光熔覆处理和脉冲电流处理技术，对材料耦元进行强化。通过激光熔覆处理技术，改变单元体的化学组成，强化单元体组织中的合金相；通过脉冲电流处理技术，改变单元体与基体的组织形态，从而使仿生耦合试样的单元体与基体得到强化。此外，本文还研究了不同合金粉末对单元体的组织和硬度变化以及对热疲劳性能的影响；研究了脉冲电流处理对单元体与基体组织性能的改变和对热疲劳性能的影响。研究发现，相对于激光熔凝处理技术，本文采用的激光熔覆处理技术改变了单元体的化学成分，并使其性

4、能得到相应改善；热疲劳试验后激光熔覆Co50合金粉末的合金强化单元体的抗热循环软化能力和组织热稳定性都优于激光熔覆Fe30A，且两者性能都要好于激光熔凝单元体，能够有效抑制热疲劳裂纹的扩展。因此，激光熔覆处理进一步改善了仿生耦合试样的热疲劳性能。材料内部结构因脉冲电流的影响，使单元体和基体组织都发生一定程度的细化，同时在材料的基体区域，会有一些尺寸较小的隐晶马氏体组织生成，同时其硬度与强度也得到提高，改善了材料内部组织形态，能够有效延长热I吉林大学硕士学位论文疲劳裂纹的萌生时间，进而提高了仿生耦合试样的热疲劳性能。关键词：仿生耦合，热疲劳，激光熔覆，脉

5、冲电流，材料耦元IIAbstractAbstractTheeffectofmaterialcouplingelementonthermalfatiguepropertiesofH13hotworkingdiesteelHotworkingdieisanimportanttoolformaterialthermalformingintheprocessingofindustrialproduction.Becauseoftheharshworkingenvironment,theservicelifeofhotworkingdieisshort,thed

6、amageratioofdiethatcausedbythermalfatiguefailureisaboutashighasseventypercent.H13hotworkingdiesteelhasbeenusedasmoldmaterialscommonly,alsowidelyusedinindustryathomeandabroad,therefore,improvingthethermalfatigueperformanceofH13hotworkingdiesteel,caneffectivelyextendtheservicelife

7、ofhotworkingdie,andisofgreatsignificance.Previousstudieshaveshowedthat,onthebasisofthebiomimeticcouplingtheory,thethermalfatiguepropertyofthehotworkingdiesteelwhichcommonlyusedinthepresentresearchandproductionhasbeengreatlyimprovedaftertreatedbylaserbiomimeticcouplingtechnique.T

8、herearemanybiomimeticcouplingelementsthataffect