精密噴射成形HM1鋼組織與性能研究.pdf

1、精密噴射成形是一種典型的短流程制備高致密度材料的方法，可實現工、模具的快速成形，屬于快速凝固技術的一種。本論文在自行研制的20kg級精密噴射成形快速制模設備上，對制備高致密度HM1熱作模具鋼進行研究。采用金相、X射線衍射、掃描電鏡及能譜分析等方法對鑄態(tài)和噴射態(tài)HM1熱作模具鋼及其熱處理后的微觀組織、物相、元素分布等進行了分析，并對其力學性能和摩擦學性能進行了研究。主要研究內容和結果如下：
　　 首先，對噴射態(tài)HM1鋼組織和性能進

2、行了研究，并與鑄態(tài)進行了對比。結果表明，鑄態(tài)HM1鋼組織為粗大的枝狀晶，晶粒尺寸150～200μm，晶界處為粗大連續(xù)的網狀碳化物組織；而噴射態(tài)HM1鋼為細小的等軸晶組織，晶粒尺寸20～50μm，晶界處彌散分布少量細小的先共析碳化物相；這表明采用噴射成形，可有效消除元素偏析和網狀碳化物組織。X射線衍射定量分析表明，噴射態(tài)和鑄態(tài)材料的物相均以馬氏體和殘余奧氏體為主，殘余奧氏體相對體積分數分別為14％和8％。鑄態(tài)材料硬度為HRC46～48，而

3、噴射沉積坯材料硬度稍低為HRC44～47，主要是因為鑄態(tài)材料中存在粗大的高硬度碳化物所致。壓縮實驗表明，噴射態(tài)和鑄態(tài)HM1鋼的斷裂壓縮率均在30％～40％，而斷裂強度分別為2770MPa和2546MPa。
　　 噴射沉積過噴粉末的分析研究表明，過噴粉末粒徑質量分布呈高斯狀，當霧化壓力在0.6MPa左右時，粒徑在200微米以下過噴粉占總量的累積質量的60％以上；過噴粉的微觀結構為細小的等軸晶組織，通過測量不同粒徑粉末的平均二次枝晶

4、間距，并經回歸計算得到不同粒徑過噴粉末的凝固速率，結果表明霧化過程中大多數的霧化液滴凝固速率在103 K/s以上。
　　 然后，對鑄態(tài)和噴射態(tài)材料，經回火處理后的組織和性能進行了研究。經2小時，分別在440℃、480℃、520℃、560℃、600℃及640℃下進行回火處理，結果表明，材料硬度隨著回火溫度的提高而升高，至520℃時，達到峰值，其中噴射態(tài)硬度達HRC52～54，而鑄態(tài)為HRC50～51；隨后，隨著回火溫度的繼續(xù)上升，

5、硬度逐漸下降。但在600℃時噴射態(tài)材料仍能保持較高硬度，材料的回火穩(wěn)定性提高。主要是由于噴射成形過程，較快的冷卻速率，使得合金元素在沉積坯中均勻分布；后續(xù)的高溫回火時合金元素與碳的擴散產生二次硬化效應，在沉積坯中形成比鑄態(tài)組織更細小、彌散的合金碳化物相，使其硬度高于傳統(tǒng)鑄態(tài)。證明噴射態(tài)HM1鋼回火后具有比鑄態(tài)材料更優(yōu)良的熱處理性能，材料的高溫耐熱性提高。
　　 最后，對鑄態(tài)和噴射態(tài)HM1鋼滑動干摩擦性能進行了研究。表明，以GCr

6、15鋼球為對磨材料時，噴射態(tài)和鑄態(tài)HM1鋼在輕載時磨損方式均為粘著磨損，隨著載荷的增大材料開始部分地呈現磨粒磨損形貌特征。鑄態(tài)和噴射沉積態(tài)材料摩擦系數均隨外加載荷的增大而增大，進入穩(wěn)態(tài)磨損后鑄態(tài)材料的摩擦因數比噴射態(tài)的摩擦因數稍高。同樣實驗條件下，噴射態(tài)材料磨損量低于鑄態(tài)材料而噴射態(tài)材料經回火后磨損量可大幅度降低，100N重載時，噴射態(tài)磨損量較之于鑄態(tài)減少了34％，而經過回火后的沉積態(tài)HM1鋼磨損量更比未回火時降低了21％。回火提高耐磨