含鈦GDL-4工具鋼的組織與性能.pdf

1、本文在高合金GDL-4工具鋼的基礎(chǔ)上，初步研究了添加鈦元素對(duì)GDL-4材料性能的影響。并對(duì)新型含鈦GDL-4高碳低合金鋼的耐磨性與GDL-4高合金高速鋼及傳統(tǒng)的高合金高速鋼W6Mo5Cr4V2(M2)進(jìn)行了對(duì)比性分析。對(duì)含鈦GDL-4及其滲氮后TiAlN涂層的表征、膜基結(jié)合強(qiáng)度、力學(xué)性能和耐磨性等方面進(jìn)行了研究。并從材料硬度、摩擦系數(shù)、顯微組織等方面分析了耐磨性能變化的原因。 新型含鈦GDL-4鋼含鈦0.5％，以Si、Cr、Mn

2、、W等為主加元素，添加少量的Mo、V及微量的稀土元素組成，該鋼經(jīng)淬火+高溫回火后硬度達(dá)HRC60-65。在常溫和400℃溫度以內(nèi)的力學(xué)性能與傳統(tǒng)高速鋼相當(dāng)，而材料成本只相當(dāng)現(xiàn)有高速鋼的1/3。 X射線衍射分析結(jié)果表明：含鈦GDL-4鋼的殘余奧氏體含量9.5％，與M2(含量10％)相當(dāng)，比GDL-4(含量13.6％)低。對(duì)材料表面顯微硬度進(jìn)行了測(cè)定，載荷為50g加載時(shí)間為15s時(shí)。含鈦GDL-4硬度值為HV852～924，M2為H

3、V870～930，兩者相當(dāng)并且高于GDL-4(HV796～883)。新型含鈦工具鋼GDL-4已達(dá)到了工具鋼使用要求。 在相同涂層工藝下，新型含鈦工具鋼GDL-4TiAlN涂層的膜基結(jié)合強(qiáng)度，與M2對(duì)比結(jié)合強(qiáng)度相同。含鈦GDL-4直接涂層膜厚為4.1-4.4μm，滲氮后TiAlN涂層膜厚度值為4.1-4.5μm，與M2涂層膜厚度值4.1-4.6μm；基本相同。該鋼滲氮后表面硬度達(dá)到HV1362，TiAlN涂層時(shí)形成良好的硬度過渡梯

4、度，具有高的膜基結(jié)合強(qiáng)度，涂層硬度達(dá)到HV2305-2377，明顯高于該鋼直接涂層(HV2177-2216)及M2直接涂層(HV2216-2257)的硬度。X射線殘余應(yīng)力分析表明：試樣涂層后表面產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，滲氮后PVD涂層樣為-347MPa，M2PVD涂層樣為-336MPa，兩者都比含鈦GDL-4直接PVD的殘余壓應(yīng)力(-309MPa)大。 通過對(duì)GDL-4、含鈦GDL-4和M2的耐磨性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在300N加載至500N范

5、圍內(nèi)，摩擦系數(shù)基本不變。對(duì)M2和含鈦GDL-4及其滲氮后TiAlN涂層的耐磨性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)都隨載荷的增大有所增高，含鈦GDL-4直接PVD試樣的摩擦系數(shù)隨載荷波動(dòng)較大，而滲氮涂層樣與M2試樣的變化較小。兩種狀態(tài)下摩擦系數(shù)產(chǎn)生差別的原因是磨損機(jī)理發(fā)生了變化。從未涂層試樣磨損量來看，含鈦GDL-4在1100℃淬火并進(jìn)行540℃三次回火后，在300N、400N載荷時(shí)小于M2淬火回火試樣，在500N時(shí)二者相當(dāng)，并明顯低于無鈦GDL-4。含

6、鈦GDL-4滲氮涂層后磨損量在300N稍高于M2試樣，400N時(shí)兩者相當(dāng)，而500N時(shí)優(yōu)于M2試樣。并且二者在三種載荷下均低于含鈦GDL-4直接涂層試樣。含鈦GDL-4滲氮PVD涂層的磨損量與M2PVD涂層相當(dāng)，明顯小于含鈦GDL-4直接PVD涂層的磨損量。 從加載磨損180min后表面形貌分析，未涂層以犁溝式磨粒磨損為主，磨損較為嚴(yán)重，其犁溝效應(yīng)隨著載荷的增大而增加；涂層磨損失效為層狀剝落和輕微的塑性變形共同作用的結(jié)果，與M2