熱作模具噴射成形初步研究.pdf

1、噴射成形是二十世紀(jì)冶金技術(shù)中的一項(xiàng)重大創(chuàng)新,它可以克服傳統(tǒng)鑄造工藝中容易形成網(wǎng)絡(luò)狀碳化物、晶粒尺寸粗大等缺點(diǎn)。與粉末冶金工藝相比,它不僅具有組織均勻、無宏觀偏析等優(yōu)點(diǎn),而且能克服界面氧化、生產(chǎn)過程復(fù)雜等缺點(diǎn)。在輕金屬材料、高合金材料、工具鋼等領(lǐng)域成功地得到了應(yīng)用。精密噴射成形與快速制造技術(shù)結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜形狀模具的近凈形成形,成為噴射成形最新的一個(gè)發(fā)展方向
　　 本文詳細(xì)介紹了自行設(shè)計(jì)的小型通用精密噴射成形裝置,并對其熔

2、煉裝置、霧化裝置、沉積裝置、傳動裝置分別進(jìn)行了論述。利用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡及能譜分析、壓縮試驗(yàn)測試等手段對沉積態(tài)和鑄態(tài)HM1合金的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。測試、分析了其致密度、洛氏硬度及力學(xué)性能,并探討了其壓縮斷口的斷裂機(jī)制。
　　 自行設(shè)計(jì)研制了一套精密噴射成形裝置,其熔煉部分省去了中間包,加熱速度快,降低了能量消耗,最大合金熔化量為20Kg;霧化裝置增加了輔助氣孔,有效降低了霧化時(shí)反噴現(xiàn)象；采用了3個(gè)自由度的

3、傳動裝置,可完成各種小型矩形和回轉(zhuǎn)體型腔模具的噴射成形。
　　 進(jìn)行了熱鍛模具HM1噴射成形工藝試驗(yàn)。通過對精密噴射成形工藝參數(shù)的研究,得出了制備HM1合金氣門熱鍛模的最佳工藝參數(shù)為:導(dǎo)流管伸出噴嘴下端最佳長度為3mm,步進(jìn)電機(jī)控制基底下降速度為0.5mm／s,旋轉(zhuǎn)速度為40 r／min,霧化壓力為0.6MPa,霧化時(shí)熔體溫度為1580℃以上,噴射高度是135～145mm,導(dǎo)流管直徑為4mm。
　　 金相組織觀察結(jié)果表明

4、:鑄態(tài)合金的晶粒尺寸約為100μm左右,晶界處分布有粗大的網(wǎng)狀碳化物。沉積態(tài)合金的晶粒尺寸約為20μm左右,晶粒和晶界處析出大量的細(xì)小碳化物,對晶界起到釘扎作用,提高了材料的綜合機(jī)械性能。
　　 力學(xué)性能測試結(jié)果表明:噴射成形工藝制備的氣門模具和鑄造工藝制備的合金都具有高的抗壓強(qiáng)度。鑄態(tài)的抗壓強(qiáng)度為2650MPa,壓縮率為40.8％；沉積態(tài)中有孔洞存在,特別是尖角孔洞,降低了噴射態(tài)的抗壓強(qiáng)度。沉積態(tài)的抗壓強(qiáng)度為2200MPa,壓

5、縮率為42％；
　　 X-Ray、SEM分析表明:鑄態(tài)和沉積態(tài)的物相是馬氏體、殘余奧氏體和Cr7C3型碳化物。沉積態(tài)試樣的洛氏硬度在HRC41-45之間,600℃回火2小時(shí),馬氏體分解為回火馬氏體,殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體,出現(xiàn)二次硬化現(xiàn)象,硬度提高了HRC3-5左右,達(dá)到了HRC46-48。鑄態(tài)和沉積態(tài)斷裂機(jī)理是切斷性斷裂和微孔聚集型斷裂的微觀機(jī)制的混合,斷裂方式以穿晶斷裂為主,沿晶斷裂為輔；且沉積態(tài)比鑄態(tài)存在更多韌窩。