多金屬熱鍛模熱應(yīng)力緩解機(jī)理及方法研究.pdf

1、熱鍛模壽命問題由來以久,在我國此問題更加突出。我國熱鍛模平均使用壽命為3000.5000件,與國際先進(jìn)水平有較大差距。存在的主要問題是熱鍛模制造成本高,使用壽命低,模具鋼消耗量大,設(shè)計(jì)制造技術(shù)落后。
　　 熱鍛模的失效是各種影響因素綜合作用的結(jié)果。不管是直接影響因素,還是間接影響因素,都是通過改變鍛模所受的負(fù)荷來影響鍛模壽命的。作用于熱鍛模上的負(fù)荷僅有機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。通過模具的整體優(yōu)化的方法來降低機(jī)械負(fù)荷,以此來提高鍛模壽命的

2、方法,效果有時(shí)并不明顯。那么熱鍛模熱負(fù)荷方面的研究工作就顯得尤其重要。熱鍛模工作條件十分惡劣,連續(xù)使用時(shí)模膛表面溫度一般均超過模具的回火溫度,造成高溫軟化;連續(xù)使用時(shí)的冷卻潤滑又使模膛近表面層產(chǎn)生極大的拉應(yīng)力,造成裂紋的擴(kuò)展?，F(xiàn)有的各類熱作模具鋼均不能完全滿足模膛近表層所需要的同時(shí)具備高溫強(qiáng)硬性和高溫韌性的要求。對于任何一種均質(zhì)熱鍛模具鋼而言,其高溫強(qiáng)硬性和高溫韌性是相互矛盾的。雖然可用不同的熱處理工藝來調(diào)節(jié)兩者間的矛盾,但調(diào)節(jié)的結(jié)果并

3、不能改變模膛近表層迅速軟化和斷裂的狀況。表面覆層處理對提高熱鍛模使用壽命有一定作用,但仍不能解決模膛表層及近表層所發(fā)生的高溫軟化問題。
　　 基于以上現(xiàn)狀,本文旨在分析常規(guī)熱鍛模失效原因,建立熱鍛模熱鍛時(shí)的力學(xué)模型,研究緩解熱鍛模熱應(yīng)力的機(jī)理和方法;確定熱鍛模的溫度波動區(qū)并找出熱鍛模失效區(qū)域的確定方法,探索多金屬熱鍛模耐熱層的材料成分設(shè)計(jì)和制備方法。為長壽命多金屬熱鍛模的設(shè)計(jì)制造提供依據(jù)。
　　 本文首先概述了熱鍛模的失

4、效形式及影響因素;介紹了國內(nèi)外熱鍛模壽命研究的現(xiàn)狀和存在的問題;介紹了熱鍛模的溫度場和應(yīng)力場的基本理論。以轎車前輪轂熱鍛模的終鍛模為模型,建立了常規(guī)金屬連續(xù)鍛造時(shí)的有限元模型,分析了第一次鍛造工作循環(huán)和連續(xù)鍛造時(shí)的熱鍛模下模的溫度分布和溫度梯度分布的規(guī)律。定義了熱鍛模的溫度波動區(qū)和溫度梯度區(qū)。發(fā)現(xiàn)溫度波動區(qū)是熱鍛模最容易失效的區(qū)域。建立了評價(jià)熱鍛模表面層熱負(fù)荷的參數(shù),提出了熱鍛模失效的熱疲勞指標(biāo)和磨損指標(biāo)。從屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的角度提出

5、了長壽命熱鍛模的設(shè)計(jì)原理,討論了緩解熱鍛模失效的方法。
　　 接著提出了多金屬熱鍛模的材料結(jié)構(gòu),并提出了多金屬熱鍛模耐熱區(qū)材料設(shè)計(jì)的正向和逆向設(shè)計(jì)方法。分析了現(xiàn)有熱鍛用模具材料,對基體層,支撐層和表面層的材料和制備方法進(jìn)行了選擇。建立了多金屬熱鍛模的有限元模型,通過比較常規(guī)金屬熱鍛模和多金屬熱鍛模模膛深度方向的溫度和自由膨脹量的分布,得出多金屬熱鍛模表面層的溫度、溫度梯度和自由膨脹量都比常規(guī)金屬熱鍛模低。
　　 然后制備

6、了用于堆焊支撐層的W6Mo5Cr4V2焊條,分析了6542焊條的焊接工藝性能、金相顯微組織、回火溫度與硬度的關(guān)系、紅硬性和回火穩(wěn)定性。結(jié)果表明:6542焊條的焊接工藝性能較差;6542焊條堆焊層的組織為回火馬氏體基體及網(wǎng)狀分布在基體上的白色顆粒狀碳化物;6542焊條堆焊層的紅硬性和回火穩(wěn)定性都比D322焊條高。
　　 最后在支撐層材料W6Mo5Cr4V2高速鋼上對不同的表面層材料及制備方法進(jìn)行試驗(yàn)。通過對熱鍛模表面層的各種制備方