鈮微合金化H13鋼的熱疲勞行為.pdf

1、AISIH13鋼是目前應(yīng)用極為廣泛的一類(lèi)熱作模具鋼，主要應(yīng)用于壓鑄模、熱擠壓模和熱鍛模等。熱疲勞是這類(lèi)鋼的主要失效形式。本文研究了微量Nb對(duì)H13鋼熱疲勞行為的影響，初步探明了Nb微合金化H13鋼的熱疲勞裂紋萌生、擴(kuò)展的主要方式及其熱疲勞循環(huán)軟化的表現(xiàn)形式，并提出相應(yīng)的熱疲勞壽命預(yù)測(cè)模型；同時(shí)對(duì)熱疲勞過(guò)程中多元合金鋼的碳化物粗化動(dòng)力學(xué)行為也進(jìn)行了初步探討。主要結(jié)論如下： 1、借助Thermo-calc熱力學(xué)計(jì)算軟件和TEM&ED

2、S等手段，研究了微量鈮對(duì)H13鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)、碳化物的類(lèi)型、大小和分布的影響。研究表明，在相同的奧氏體化溫度下，添加微量的Nb可以有效細(xì)化H13鋼的奧氏體晶粒，甚至添加0.07wt％Nb的H13鋼在1120℃奧氏體化后的晶粒大小與普通H13鋼1030℃奧氏體化時(shí)的晶粒大小相當(dāng)；同時(shí)碳化物細(xì)小且更加彌散。 2、對(duì)鈮微合金化H13鋼的室溫及高溫力學(xué)性能研究表明，添加微量Nb對(duì)H13鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不顯著，而且對(duì)塑韌性的

3、改善也有限。回火軟化抗力和熱穩(wěn)定性的研究結(jié)果表明，微量鈮的添加改善了H13鋼的回火軟化抗力和熱穩(wěn)定性，其中添加0.07wt％Nb的效果好于添加0.014wt％Nb的效果。3、添加微量的Nb使H13鋼的熱疲勞裂紋萌生細(xì)小、均勻，裂紋擴(kuò)展緩慢；熱疲勞后的硬度梯度下降緩慢，軟化層較淺，從而顯著提高了H13鋼的熱疲勞性能。其中含0.07wt％Nb的H13鋼熱疲勞性能最好。奧氏體化溫度對(duì)所研究鋼的熱疲勞性能有明顯的影響。隨奧氏體化溫度升高，鋼的熱

4、疲勞性能先增加后降低，在1080℃奧氏體化時(shí)鋼具有最好的熱疲勞性能。 4、對(duì)Nb微合金化H13鋼和普通H13鋼熱疲勞后的表層硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在熱疲勞過(guò)程中的表層硬度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈類(lèi)震蕩周期變化。在熱疲勞循環(huán)起始階段，表層硬度急劇下降，類(lèi)震蕩頻率較快；在熱疲勞后期，類(lèi)震蕩頻率趨緩，表層硬度總體表現(xiàn)為循環(huán)軟化特性。TEM&EDS分析顯示，熱疲勞初期表層硬度的急劇下降與M23C6碳化物的迅速粗化有關(guān)；而表層硬度的類(lèi)震蕩周期變化與位錯(cuò)

5、密度的變化密切相關(guān)。 5、對(duì)幾種H13類(lèi)鋼的碳化物形態(tài)和彌散分布程度的比較分析發(fā)現(xiàn)，熱疲勞裂紋的萌生與其碳化物的彌散分布程度有關(guān)。Nb微合金化H13鋼的碳化物分布較細(xì)小且彌散分布，其萌生的裂紋較多，但細(xì)小均勻；而普通H13鋼的碳化物較粗大且碳化物聚集明顯，因而萌生的裂紋較少但粗大。萌生的熱疲勞裂紋幾乎是垂直于試樣表面向內(nèi)以突進(jìn)方式在擴(kuò)展，顯示出裂紋擴(kuò)展是以穿晶方式進(jìn)行的。基于Coffin-Manson公式，并計(jì)及熱應(yīng)變并不完全轉(zhuǎn)

6、變?yōu)闄C(jī)械應(yīng)變這個(gè)因素，導(dǎo)出一個(gè)適用于自約束熱疲勞壽命的預(yù)測(cè)模型，即Nf={εf/αΔT-(1-v2)σ2/E2-(1-v1)σ1/E1-+εT}1/n。 6、對(duì)M23C6碳化物在等溫時(shí)效過(guò)程中與熱疲勞過(guò)程中的粗化行為的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，熱疲勞過(guò)程加速了碳化物的粗化，表明碳化物粗化與合金元素在熱應(yīng)力作用下的較快擴(kuò)散有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用DICTRA動(dòng)力學(xué)軟件模擬了700℃時(shí)效過(guò)程中的M23C6的粗化行為；同時(shí)也模擬探討了V/Mo值的變