模具鋼表面納米化處理后的微觀組織與性能研究.pdf

1、熱作模具鋼因其具有各種優(yōu)異的性能而受到廣泛的關(guān)注，比如良好的紅硬性、耐磨性、熱疲勞性、淬透性和韌性和耐熔損性等，廣泛地使用在金屬模鑄、熱擠壓和熱鍛等行業(yè)，3Cr2W8V鋼因其良好的強(qiáng)韌性匹配成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣的一種熱作模具鋼。3Cr2W8V熱作模具鋼主要的化學(xué)成分（wt.％）如下:C0.30～0.40，Si≤0.40，Mn≤0.40，Cr2.20～2.70,W7.50～9.00,V0.20～0.50,p≤0.030,S≤0.030，余量

2、為Fe。
　　本文采用旋轉(zhuǎn)加速噴丸設(shè)備(RASP)對(duì)3Cr2W8V熱作模具鋼進(jìn)行表面納米化處理。利用白光共聚焦分析系統(tǒng)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等表征手段，對(duì)RASP處理后模具鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;利用納米壓痕儀測(cè)量了模具鋼的顯微硬度隨著距處理表面深度不同的變化情況;并研究了模具鋼表面處理前后摩擦磨損性能的變化情況，結(jié)合掃描電鏡(SEM)觀察摩擦磨損后形貌。主要結(jié)論如下:
　　(1)旋轉(zhuǎn)加速噴丸

3、處理45min在樣品表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形。在3Cr2W8V熱作模具鋼表面形成了晶粒取向呈隨機(jī)分布的等軸狀納米晶組織。最表面平均晶粒尺寸約為30nm。隨著距處理表面深度的增加，應(yīng)變和應(yīng)變速率逐漸減小，塑性變形量也逐步降低，樣品表面形成納米梯度結(jié)構(gòu)。TEM微觀組織觀察表明，晶粒細(xì)化由位錯(cuò)行為主導(dǎo)?？拷w部分以位錯(cuò)墻和位錯(cuò)纏結(jié)結(jié)構(gòu)為主，隨著應(yīng)變量的增加形成位錯(cuò)胞狀結(jié)構(gòu)。位錯(cuò)胞進(jìn)一步演化為片層狀亞晶組織。最終在表面形成隨機(jī)取向的等軸納米晶粒

4、。
　　(2)與原始試樣的基體顯微硬度(約7.3Gpa)相比，RASP處理的模具鋼表面顯微硬度顯著增大，RASP處理45min的樣品表層硬度最高增加至約9.4Gpa，顯微硬度隨著距處理表面距離的增大呈逐漸降低的趨勢(shì)，直至與基體相同。
　　(3)將旋轉(zhuǎn)加速噴丸處理45min后的模具鋼分別在不同載荷和同一載荷距處理表面不同深度的條件下進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在低載荷及中等載荷作用下，RASP處理后的模具鋼的摩擦系數(shù)明顯降低，

5、耐磨性強(qiáng)于原始樣品。在干摩擦的條件下，RASP處理后的模具鋼表面的平均摩擦系數(shù)由基體的0.888降至近表面（10μm）的0.625，近表面（10μm）磨損量和磨損率相比基體分別下降了77.6％和53.6％，耐磨性能得到了明顯的提高。
　　(4)研究表明，處理時(shí)間對(duì)于模具鋼的組織和顯微硬度有很大影響。處理時(shí)間增長(zhǎng)有助于晶粒細(xì)化，但處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能使表面溫度升高，內(nèi)部組織發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，使得納米晶粒長(zhǎng)大。實(shí)驗(yàn)證明旋轉(zhuǎn)加速噴丸處理45m