热作模具钢热疲劳性能的研究现状与发展趋势

针对热作模具钢(各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模)的工作型腔表面高于600℃时易产生热疲劳裂纹和热疲劳失效问题,综合分析了国内外热疲劳的研究现状及其发展,重点讨论热疲劳试验方法、影响热疲劳的因素、热疲劳性能的评价方法以及热疲劳裂纹萌生和扩展机理,提出一些提高热作模具钢热疲劳性能的措施,以及今后热疲劳性能研究和发展趋势.     

V/C对铸造热作模具钢热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验方法,研究了不同V/C对铸造热作模具钢热疲劳性能的影响,并对比研究了铸造热作模具钢和H13钢的热疲劳性能。结果表明,铸造热作模具钢的热疲劳属高周热疲劳,其热疲劳性能取决于钢的热强性和热稳定性。随着V/C增加,热疲劳抗力先增后减,当V/C比为3.0时,组织中析出了细小弥散的VC,改善了钢的热强性和热稳定性,热疲劳抗力最高。铸造热作模具钢的热疲劳性能明显高于H13钢。     

热作模具的疲劳性能分析研究

通过单独添加Y、单独添加Ce以及复合添加Y+Ce的方法,研究了不同稀土元素添加量对热作模具钢疲劳性能的影响规律及作用机理。结果表明,单独添加0.03%Y后模具钢的抗软化能力较好;添加Ce后模具钢的抗软化能力高于未变质的模具钢,当Ce含量为0.03%时抗软化能力较好;复合添加Y+Ce的模具钢的抗软化能力高于单独添加Y或者单独添加Ce的模具钢,当复合添加0.01%Y+0.03%Ce时抗疲劳裂纹性能最好。     

表面处理对热作模具钢使用性能的影响

介绍了90年代日本热处理技术协会热作模具钢表面改性研究委员会的研究工作。日立金属、大同特殊钢、高周波等公司的技术人员对比研究了不同的渗氮、软氮化、硫氮共渗、PVD、EDM、喷丸及复合表面处理后的SKD61模具钢的溶损、磨损和热疲劳性能。不同表面处理普遍提高了模具钢抵抗溶损和磨损的性能。PVD、氧化处理和硫氮共渗对溶损的改善非常有效。常温磨损试验表明,表面处理有时降低了耐磨性。由于影响模具钢热疲劳性能的因素众多,表面处理对热疲劳影响非常复杂,不同试验条件实际反映了不同的工况,表面热处理改变了裂纹的萌生和发展特点。     

热作模具钢热疲劳损伤程度的计算机评定

鉴于热作模具钢热疲劳损伤程度较难评定,在综合考虑了材料表面和截面上裂纹的扩展变化情况的基础上,系统地分析研究了热疲劳损伤因子,开发完成了一个相应的热疲劳裂纹图象分析系统,实现了热疲劳损伤程度定量化评定的自动化和智能化,并借助该分析系统,采用热疲劳损伤因子研究了三种试验用热作模具钢的热疲劳性能.     

表面处理对热作模具钢使用性能的影响

介绍了90年代日本热处理技术协会热作模具钢表面改性研究委员会的研究工作，日立金属，大同特殊钢，高皮等公司的技术人员对比研究了不同的渗氮，软氮,以氮共渗，PVD，EDM，喷丸及复合表面处理后的SKD61模具钢的溶损，磨损和热疲劳性能，不同表面处理普遍提高了模具钢抵抗溶损和磨损的性能，PVD，氧化处理和硫氮共渗对溶损的改善非常有效，常温磨损试验表明，表面处理有时降低了耐磨性，由于影响模具钢热疲劳性能的因素众多，表面处理对热疲劳影响非常复杂，不同试验条件实际反映了不同的工况，表面热处理改变了裂纹的萌生和发展特点。     

Mn对热作模具钢4Cr3Mo2NiVNb热疲劳性能的影响

采用Ｕｅｄｅｈｏｌｍ法研究热作模具钢４Ｃｒ３Ｍｏ２ＮｉＶＮｂ和添加１．５％Ｍｎ后该钢的热疲劳性能。结果表明，添加１．５％Ｍｎ后，４Ｃｒ３Ｍｏ２ＮｉＶＮｂ钢的热疲劳抗力有所下降。试验结果同时表明，影响热作模具钢低周热疲劳的主要因素是钢的断裂韧性。     

脉冲电流对热作模具钢热疲劳性能的影响

对热作模具钢进行了脉冲电流处理,研究了脉冲电流处理阶段、脉冲电流持续时间和脉冲电流密度对热作模具钢热疲劳裂纹形貌和裂纹扩展速率的影响,并分析了热疲劳裂纹萌生和扩展的规律,探讨了其作用机理。结果表明,对热作模具钢进行脉冲电流处理可以提高模具钢的抗热疲劳性能,且在热疲劳循环过程中而不是在初始回火态下进行脉冲电流处理可以获得最佳的抗热疲劳性能;脉冲电流持续时间的延长可以有效缩短热疲劳过程中的最大裂纹长度和减少次生裂纹数量,表面龟裂现象有所减缓,还可以降低模具钢试样的热疲劳裂纹扩展速率;脉冲电流密度的增加不仅可以延长疲劳裂纹萌生的时间,还可以降低模具钢试样的热疲劳裂纹扩展速率,从而提高模具钢热疲劳循环服役寿命;经过脉冲电流处理后的模具钢在细晶强化、位错强化和弥散强化的共同作用下,热疲劳性能得到提升。     

新型热作模具钢的热疲劳性能

研究新型热作模具钢分别在1050、1080和1100 ℃奥氏体化后淬火,580 ℃二次回火后的热疲劳性能.结果表明:本试验条件下的新型热作模具钢在1080 ℃奥氏体化后淬火,再经过580 ℃二次回火具有较高的热疲劳性能.     

模具钢热疲劳裂纹的计算机辅助评定

通过热疲劳裂纹图象采集和计算机分析系统,对Uddeholm热疲劳评定标准图谱进行分析;结果表明,Uddeholm标准图谱评定热疲劳程度尚不够完善,无法精确地评定热疲劳裂纹的级别。针对Uddeholm标准图谱的不足,提出损伤因子概念,并制作出一套相应的计算软件;用它定量地分析了进口8407和国产4Cr5MoSiV1热作模具钢的热疲劳性能,揭示了两种钢的热疲劳性能的变化规律,实现了热疲劳裂纹的计算机辅助评定。     

铸造热锻模具钢的研究与应用

与锻造模具钢相比，铸造模具钢虽然韧性低，但强度高，红硬性好，具有较低的缺口敏感性和较高的抗热疲劳性，国内外都对铸造热锻模具钢进行了大量的研究。新型铸造热锻模具钢（CHD钢）由于具有较高的强韧性和高温稳定性，使用寿命高于锻造模具，具有广阔应用前景。     

The Relationship Between Oxidation and Thermal Fatigue of Martensitic Hot-Work Die Steels

Thermal fatigue behaviors of two forged hot-work die steels subjected to cyclic heating(650 °C)–water quenching were investigated. A martensitic hot-work die steel containing 10% Cr(HHD), showing superior oxidation resistance and thermal fatigue resistance to the commercial martensitic hot-work die steel(Uddeholm DIEVARò), was developed. The maximal crack length in HHD was 35% shorter than that in DIEVAR after 2000 thermal cycles, and the hot yield strength at 650 °C of HHD was 14% lower than that of DIEVAR prior to thermal fatigue testing, which is 30% higher after 1500 cycles. It is found that cracks initiated and propagated along the oxide layers in the grain boundaries, suggesting that the oxidation-induced thermal fatigue cracks can significantly reduce the mechanical performance and service life for the hotwork die steel. High-temperature oxidation behavior is crucial for thermal fatigue crack formation, while high-temperature yield strength and ductility play a less important role.     

4Cr5Mo2V钢曲轴热锻模具失效分析

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对失效曲轴热锻模具的心部、裂纹处及基体的夹杂物、强韧性和显微组织进行表征与分析,从而阐明模具开裂的原因。结果表明:该模具由4Cr5Mo2V钢制成,模具开裂主要是由组织不均匀和热疲劳引起的,心部组织在淬火时未完全淬透,导致心部存在贝氏体组织,从而产生较大的内应力,而热疲劳进一步加速裂纹拓展,最终导致模具过早失效。      

H13钢的热处理工艺研究

H13钢(4Cr5MoVlSi)是新型的热作模具钢,可以广泛用于要求高韧性和冷热疲劳抗力,工作温度≤700℃的热作模具或轴类件。本文论述了不同锻后退火工艺、淬火工艺、回火工艺对该钢组织和性能的影响,提出了最佳热处理工艺参数。实践证明,能提高H13钢的使用寿命和性能,具有明显的经济效益。     

新型高性能热作模具钢RX4在精锻模上的应用简

通过采用EBT＋LF＋VD＋ESR冶炼精炼工艺、钢锭高温扩散均质化技术、三镦三拔多向锻造技术、固溶双细化热预处理技术,获得了一种新型的高性能热作模具钢RX4,该模具钢的纯净度、均匀性和等向性均得到了有效地保证。在此基础上,本文研究了RX4材料的组织、性能和在精锻模具上的应用情况。结果表明,RX4材料具有较高的热稳定性、高温强度、及抗热疲劳性能。RX4精锻模具现场使用情况表明,在相同的工艺条件下,其精锻模具的平均寿命较H13同类产品有较大幅度的提高。     

Cr-Ni-Mo铸造热作模具钢热机械疲劳行为

研究了新型Cr—Ni—Mo铸造热作模具钢在应力控制下的热机械疲劳寿命、应力应变响应以及疲劳断裂特征。试验中发现，在相同的应力幅下，同相热机械疲劳寿命低于上限温度的等温疲劳寿命。疲劳过程中热作模具钢发生了循环软化和沿着拉伸方向的循环蠕变，热作模具钢的热机械疲劳裂纹往往穿晶萌生，沿晶扩展。     

热作工具钢GH2001在散热片挤压模中的应用

GH2001钢用于散热片挤压模可弥补H13钢高温强度及抗回火软化性能不足 ,该新型热作工具钢具有超高清净度 ,组织均匀及优良的高温强度、抗热疲劳及抗回火软化等综合性能 ,适合用于高倍数散热片挤压模。     

碳含量对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验法,结合SEM、EDS以及Jmat-pro热力学计算软件等研究了碳含量(0.35%和0.71%)变化对4Cr5Mo2V型热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明:提高含碳量后,钢中析出大量细小弥散的MC型碳化物,从而使0.71%C钢的抗回火软化性能和热稳定性能均强于0.35%C钢;冷热疲劳循环1000次后,提高碳含量推迟了疲劳裂纹的萌生,当循环次数增加到2000次后,虽然0.71%C钢表面和基体的软化程度均弱于0.35%C钢,但该钢存在较多尺寸较大且呈聚集状态分布的未溶碳化物,这些碳化物在应力的作用下与基体脱离,脱离处成为裂纹扩展的通道,从而促进了疲劳裂纹萌生和扩展。     

Cr-Mo系热作模具钢的性能与选用

介绍了我国目前热作模具用钢的发展概况,比较了传统的钨系热作模具钢和铬系热作模具钢的性能特点与不足,就新型Mo及Cr-Mo系热作模具钢的性能与选用作了详细的阐述。     

高速热模锻模具热疲劳裂纹萌生期预测

在考虑高速热模锻凹模的材料性能和工况条件基础上，由Ｃｏｆｆｉｎ－Ｍａｎｓｉｏｎ公式导出了热疲劳裂纹萌生期预测公式，并采用这一公式对高速热模锻凹模进行了热疲劳裂纹萌生期的预测。通过试验发现预测结果与试验结果基本吻合。