熱鍛模溫度波動(dòng)區(qū)材料的設(shè)計(jì)與制備.pdf

1、長期以來，均質(zhì)模具鋼使用性能的局限性嚴(yán)重制約了熱鍛模使用壽命的提高。筆者所在課題組提出用緩解熱應(yīng)力的功能梯度材料（Functionally Gradient Materials FGM）來設(shè)計(jì)并制造長壽命熱鍛模，從而大幅度地提高熱鍛模的使用壽命。本文試圖通過對熱鍛模溫度波動(dòng)區(qū)材料的設(shè)計(jì)與制造來驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)上述理論。 本文首先論述了熱鍛模的主要失效形式及在熱負(fù)荷的反復(fù)作用下模具型腔表面可能會(huì)發(fā)生的四種不同形式反應(yīng)（熱疲勞、相變、回火

2、、和塑性變形），得出熱疲勞是熱鍛模具最主要的失效形式的結(jié)論，并分析了影響熱疲勞的幾個(gè)關(guān)鍵因素（①材料的物理性質(zhì)；②材料的力學(xué)性能；③材料的化學(xué)組成；④材料的微觀組織）。然后重點(diǎn)論述了熱疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展的機(jī)理。 文章的第二部分首先論述了長壽命熱鍛模的材料結(jié)構(gòu)和表面層區(qū)材料的性能要求。提出根據(jù)表面層區(qū)材料的性能要求優(yōu)選出最為適合的熱作模具鋼種，并依據(jù)其化學(xué)元素組成制備相應(yīng)的堆焊焊條來堆敷制備表面層區(qū)單元材料。在討論了一些主要合金元

3、素在鋼中的作用和元素間的交互作用對堆敷金屬性能（硬度、沖擊功、裂紋長度、磨損體積）影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)幾個(gè)合金元素的配比參量初步判斷了哪些熱作模具鋼的合金元素配比相對合理；在討論材料物理性能參數(shù)變化對鍛模綜合應(yīng)力的影晌的基礎(chǔ)上，根據(jù)幾種候選熱作模具鋼的物理性能參數(shù)判斷出W6Mo5Cr4V2鋼適于作為長壽命熱鍛模的表面層區(qū)材料的參照鋼種。根據(jù)W6Mo5Cr4V2鋼的化學(xué)元素組成制備出了相應(yīng)的堆焊焊條（以后稱之為6542焊條）。 文章

4、的第三部分首先通過對表面層區(qū)材料的要求進(jìn)行了逐條分析，得出判斷所研制6542焊條是否成功的關(guān)鍵在于驗(yàn)證6542焊條所得到的熔敷層材料是否具有較高的高溫硬度和韌性，是否具有良好的抗熱疲勞性能（高熱穩(wěn)定性和高回火穩(wěn)定性）。因此，本文設(shè)計(jì)了材料的紅硬性、回火穩(wěn)定性和熱疲勞性能試驗(yàn)來檢驗(yàn)熔敷層區(qū)材料的性能。 文章最后通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比和分析，得出試制的6542焊條熔敷層金屬具有良好的紅硬性、回火穩(wěn)定性和熱疲勞性能，具有較高的高溫硬度和