精密喷射成形HM1钢组织与性能研究

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1、分类号：UDC：密级：学校代号：11845学号：2110902049广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)精密喷射成形HM]钢组织与性能研究汪存龙指导教师姓名、职称：韭鹏(教援2学科(专业)或领域名称：挝料加工工程学生所属学院：一挝魁墨篚沤堂院论文答辩日期：2Q!至生鱼旦垒旦June2012SchoolofMaterialsandEnergyGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong，P．R．China，510006摘要精密喷射成形是一种典型的短流

2、程制备高致密度材料的方法，可实现工、模具的快速成形，属于快速凝固技术的一种。本论文在自行研制的20kg级精密喷射成形快速制模设备上，对制备高致密度HMl热作模具钢进行研究。采用金相、X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法对铸态和喷射态HMl热作模具钢及其热处理后的微观组织、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，对喷射态HMl钢组织和性能进行了研究，并与铸态进行了对比。结果表明，铸态HMl钢组织为粗大的枝状晶，晶粒尺寸150～2009m，晶界处为粗大

3、连续的网状碳化物组织；而喷射态HMl钢为细小的等轴晶组织，晶粒尺寸20～509m，晶界处弥散分布少量细小的先共析碳化物相；这表明采用喷射成形，可有效消除元素偏析和网状碳化物组织。X射线衍射定量分析表明，喷射态和铸态材料的物相均以马氏体和残余奥氏体为主，残余奥氏体相对体积分数分别为14％和8％。铸态材料硬度为HRC46～48，而喷射沉积坯材料硬度稍低为HRC44~47，主要是因为铸态材料中存在粗大的高硬度碳化物所致。压缩实验表明，喷射态和铸态HMl钢的断裂压缩率均在30％-,-40％，而断裂强度分别为27

4、70MPa和2546MPa。喷射沉积过喷粉末的分析研究表明，过喷粉末粒径质量分布呈高斯状，当雾化压力在O．6MPa左右时，粒径在200微米以下过喷粉占总量的累积质量的60％以上；过喷粉的微观结构为细小的等轴晶组织，通过测量不同粒径粉末的平均二次枝晶间距，并经回归计算得到不同粒径过喷粉末的凝固速率，结果表明雾化过程中大多数的雾化液滴凝固速率在103列s以上。然后，对铸态和喷射态材料，经回火处理后的组织和性能进行了研究。经2小时，分别在440℃、480℃、520℃、560℃、600℃及640℃下进行回火处理

5、，结果表明，材料硬度随着回火温度的提高而升高，至520"C时，达到峰值，其中喷射态硬度达HRC52～54，而铸态为HRC50～51；随后，随着回火温度的继续上升，硬度逐渐下降。但在600℃时喷射态材料仍能保持较高硬度，材料的回火稳定性提高。主要是由于喷射成形过程，较快的冷却速率，使得合金元素在沉积坯中均匀分布；后续后具有比铸态材料更优良的热处理性能，材料的高温耐热性提高。最后，对铸态和喷射态HMl钢滑动干摩擦性能进行了研究。表明，以GCrl5钢球为对磨材料时，喷射态和铸态HMl钢在轻载时磨损方式均为粘着

6、磨损，随着载荷的增大材料开始部分地呈现磨粒磨损形貌特征。铸态和喷射沉积态材料摩擦系数均随外加载荷的增大而增大，进入稳态磨损后铸态材料的摩擦因数比喷射态的摩擦因数稍高。同样实验条件下，喷射态材料磨损量低于铸态材料而喷射态材料经回火后磨损量可大幅度降低，100N重载时，喷射态磨损量较之于铸态减少了34％，而经过回火后的沉积态HMl钢磨损量更比未回火时降低了21％。回火提高耐磨性的机理是依靠高温阶段析出的碳化物，尤其是高硬度的MC型碳化物，其在基体中均匀弥散分布形成硬质点阻碍材料被磨损。关键词：精密喷射成形；

7、热作模具钢；组织；性能；回火lIAbStractAbstractPrecisionSprayFormingisatypicalsingle—stepprocessforproducinglowporousmaterial，anditisarapidsolidificationprocess．ThisthesisresearchedthehighrelativedenseHM1hotworktoolsteel，whichwassynthesizedonaself-developed20kgprecisio

8、nsprayformingequipmentforrapidtoolingprocess．Useopticalmetallographic，X—raydiffraction，scanningelectronmicroscopyandenergyspectrummethodsanalysismicrostructure，phaseevolutionandelementsegregationofbothascastandasspray-form