HM1鋼精密噴射成形快速制模工藝及性能研究.pdf

1、噴射成形可以克服傳統(tǒng)鑄造工藝中容易形成網(wǎng)狀碳化物、晶粒尺寸粗大等缺點。與快速凝固-粉末冶金工藝相比，它不僅具有組織均勻、無宏觀偏析，又能克服界面氧化、生產(chǎn)過程復(fù)雜等缺點，已成功應(yīng)用在航空航天、高合金材料、工模具等領(lǐng)域。精密噴射成形是一種典型的短流程制備零部件的方法，可實現(xiàn)工、模具的快速成形。
　　本論文在自制的20Kg級精密噴射成形快速制模設(shè)備上，研究制備HM1鋼噴射模具。文中采用表面輪廓儀、機械加工、壓縮試驗等手段分析氧化鋁陶瓷

2、母模的形貌、缺陷、可加工性等，并對其力學(xué)性能進行了研究;采用顯微金相、X射線衍射、掃描電鏡及能譜分析等方法對鑄造、熱軋態(tài)、噴射態(tài)HM1鋼的微觀組織、物相、元素分布等進行了分析，并對其力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能進行了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　首先，結(jié)合陶瓷性能要求，分別進行了氧化鋁陶瓷PVC模具、石膏模具注漿成形和壓制成形三種成形試驗。研究表明，壓制氧化鋁陶瓷獲得最佳質(zhì)量。噴射成形用陶瓷母模采用200目a-氧化鋁粉，添加MgO(

3、1.5wt％)、TiO2(1.5wt％)、Cr2O3(2wt％)1000目以上細粉和（wt）6％硅溶膠，在300Mpa下壓制而成，最后在馬弗爐中按1400℃燒結(jié)曲線燒制而成。獲得的性能參數(shù):體收縮率2.7％、顯微維氏硬度456.4HV、表面粗糙度Ra18μm、致密度3.43 g/cm^3、壓縮強度6.6Mpa;有良好的可加工性能;高溫下易開裂，且易受鋼液侵蝕。
　　本文結(jié)合精密噴射成形工藝原理，進行了大量HM1鋼模具噴射成形試驗，

4、得出了最佳工藝參數(shù)為:在導(dǎo)流管直徑為Φ4mm，霧化壓力為0.6Mpa的情況下，陶瓷管伸出噴嘴下端最佳長度為4mm，霧化時熔體溫度為1600℃左右。實驗最終得到形狀完整、表面粗糙度高達Ra35μm、尺寸收縮2.4％的HM1鋼噴射成形氣門鍛造模具坯體。
　　對噴射態(tài)HM1鋼組織和性能進行了研究，并與熱軋態(tài)、鑄造的進行了對比。結(jié)果表明，鑄造HM1材料組織為粗大的等軸晶粒，晶粒尺寸100～150μm，晶界處分布大塊的偏析碳化物和氧化鋁夾雜

5、;熱軋態(tài)組織是破碎的鑄造枝狀晶，其晶粒尺寸50～200μmn，晶界處為連續(xù)的網(wǎng)狀殘余奧氏體組織，碳化物以塊狀或顆粒狀分布于晶粒中;噴射態(tài)HM1鋼為細小的等軸晶組織，晶粒尺寸25～40μm，晶界處分布有殘余奧氏體，彌散分布少量細小的先共析碳化物和粒度尺寸在5μm左右的氧化物等夾雜。這表明采用噴射成形，可以有效消除元素偏析和網(wǎng)狀碳化物組織。X-ray射線衍射定量分析表明，噴射態(tài)、熱軋態(tài)和鑄造HM1材料的物相均為馬氏體和殘余奧氏體為主，殘余奧

6、氏體的相對體積分數(shù)分別為18％、16％和8％。熱軋態(tài)的硬度為49～50HRC，鑄造的硬度為53～55HRC，而噴射態(tài)的硬度為60～61HRC。
　　最后，研究了鑄造、熱軋態(tài)和噴射態(tài)HM1鋼，在不同速度、不同溫度及不同載荷三種因素下的高溫滑動干摩擦性能。試驗以Φ4mm的C-Si陶瓷球為對磨材料。實驗表明，在溫度為420℃～620℃下，HM1鋼的高溫磨損方式表現(xiàn)為氧化磨損、剝落磨損和磨粒磨損三位一體的磨損機制;當(dāng)上升至720℃時，粘著