新型热作模具钢4Cr2MoWVNi的研制及其在康明斯连杆模具上的应用研究

摘要

传统的热作模具钢(如5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1或3Cr2MoWVNi钢)虽然高温下具有良好的机械性能，可是当工作温度超过600℃后，模具易产生热磨损、冷热疲劳和堆塌现象，尤其是模具上那些在工作中热量集中且不易散发的部位更是如此，从而导致模具失效。对此，我们选用4Cr2MoWVNi新型热作模具材料进行了热处理工艺与性能的试验研究，以考核其热模锻压力机对模具使用性能的影响。 论文研究了热处理工艺对4Cr2MoWVNi新型热作模具材料机械性能的影响，结果表明：4Cr2MoWVNi钢的最佳热处理工艺为：1000±10℃油淬，590±10℃二次回火，压力机模具使用硬度推荐为HRC42～49。4Cr2MoWVNi钢淬火得到的组织为板条马氏体+粒状碳化物+少量残留奥氏体，回火后的组织为回火索氏体+粒状碳化物，且碳化物的分布细小均匀，其热稳定性和强韧性优于H11钢。用于制造压力机Cummins连杆锻模，其使用寿命比H11提高65％。 论文还研究了4Cr2MoWVNi钢的离子渗氮工艺，并自行设计制造了一台热磨损实验机，对不同热处理条件下的4Cr2MoWVNi钢进行热磨损冲击试验，结果表明：4Cr2MoWVNi钢离子渗氮的最佳工艺为：保温温度520℃，保温时间18小时，总渗层深度为0.15～0.2mm。在相同处理条件下，无论试样是否氮化，4Cr2MoWVNi钢的耐磨性都比H11钢要高，磨损率降低50～122％。模具经过离子渗氮后，可以显著提高使用寿命，无论是4Cr2MoWVNi钢还是H11钢氮化后模具寿命均提高50％左右。 论文还对4Cr2MoWVNi钢用作康明斯连杆锻模进行了应用研究，并对失效模具进行了分析，结果表明：无论模具是否经过离子渗氮处理，其正常失效形式均为热磨损。模具开裂的主要原因是组织中有严重的成分偏析和大量的硫化物夹杂。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2热作模具钢失效分析与研究

1.2.1热作模具钢的失效特征及概率统计

1.2.2热作模具钢的性能及失效抗力评价体系

1.2.3影响模具寿命的因素

1.3热作模具钢材料的发展与水平

1.3.1热作模具钢的研究与开发进展

1.3.2热模锻压力机锻造模具钢的选择

1.4模具表面处理技术的研究与应用

1.4.1模具表面处理的目的

1.4.2模具表面处理技术的研究进展

1.4.3热作模具离子渗氮的现状与发展水平

1.5课题的研究内容及目标

参考文献

第二章试验设备的设计及制造

2.1实验原理

2.2设计方案与制造

参考文献

第三章4Cr2MoWVNi钢调质工艺及其性能的研究

3.1实验装置与方法

3.1.1试验材料与制作

3.1.2淬火回火工艺的确定

3.1.3实验装置

3.2实验结果

3.2.1化学成分分析

3.2.2不同淬火温度及其回火下的机械性能

3.2.3不同回火温度下的机械性能

3.2.4高温机械性能

3.2.5金相组织

3.3分析与讨论

3.3.1淬火温度对4Cr2MoWVNi钢机械性能及组织的影响

3.3.2回火温度对4Cr2MoWVNi钢机械性能及组织的影响

3.3.3淬火、回火温度对4Cr2MoWVNi钢高温机械性能的影响

3.3.4生产应用

3.4本章小结

参考文献

第四章4Cr2MoWVNi钢离子渗氮工艺的研究

4.1实验装置和方法

4.1.1实验装置

4.1.2实验方法

4.2实验结果

4.2.1不同渗氮工艺下的渗氮层深及硬度

4.2.2不同渗氮工艺下的渗氮层磨损性能

4.3分析与讨论

4.3.1渗氮工艺对渗氮层深及硬度的影响

4.3.2渗氮工艺对渗氮层磨损的影响

4.3.3离子渗氮的生产应用

4.4本章小结

参考文献

第五章4Cr2MoWVNi钢在CUMMINS连杆模具上的应用及其失效分析

5.1生产工艺

5.1.1试验模具

5.1.2模具加工

5.1.3模具调质及离子氮化

5.1.4锻造生产试验

5.2生产应用结果

5.2.1模具热处理及表面处理

5.2.2锻造生产试验结果

5.3模具失效分析与讨论

5.3.1开裂失效模具分析

5.3.2磨损失效模具分析

5.4本章小结

参考文献

结论

致谢