Cr12MoV模具钢渗氮层服役过程中不同磨损阶段的摩擦学特性

目的 分析经渗氮处理后Cr12MoV模具钢的显微结构,以及不同取样厚度处渗氮层的摩擦学特性,了解渗氮处理对Cr12MoV模具钢耐磨性的影响,为服役过程中不同磨损阶段渗氮层的磨损行为提供理论依据。方法 采用气体渗氮法对Cr12MoV模具钢进行恒温渗氮处理,研究渗氮处理对Cr12MoV模具钢显微结构的影响,以及不同取样厚度处渗氮层的磨损行为,并分析不同取样厚度处渗氮层的磨损机理。结果 经渗氮处理后Cr12MoV模具钢的表面会形成一层厚度约为120 μm的致密渗氮层,材料的表面硬度从3.65 GPa提高至12 GPa,磨痕深度从3.5 μm降至0.35 μm。随着取样厚度的增加,试样的磨损量会逐渐增加,但均远低于未渗氮试样,其中渗氮层的最大磨损量约为120 μm³,为基体材料磨损量的1/10;渗氮影响层的最大磨损量约为330 μm³,为基体材料的1/3,可见采用气体渗氮处理可显著增强Cr12MoV模具钢的耐磨性。此外,在磨损过程中Cr12MoV模具钢的表面磨损较严重,出现了大块撕裂损伤,主导磨损机理为疲劳磨损;经渗氮处理后试样表面的损伤较轻微,主导磨损机制为磨粒磨损。随着取样厚度的增加,试样表面的磨损现象逐渐加剧,磨损机制由磨粒磨损逐渐转变为疲劳磨损。结论 渗氮处理可以在Cr12MoV模具钢的表面生成一层致密的渗氮层,渗氮层的磨损量会随着取样厚度的增加先减少后持续增加,说明在服役过程中渗氮层的耐磨性呈先增强后减弱的趋势。     

渗氮、渗硼对Cr12Mo1V钢耐磨性的影响

研究了渗硼、渗氮、硼氮共渗等表面处理对Cr12Mo1V模具钢耐磨性的影响。结果表明：渗硼、渗氮等化学热处理能大大提高工模具的硬度和耐磨性。     

合金元素对Cr12MoV模具钢耐磨性的影响

通过添加合金元素W和Er,分别在25和300℃条件下研究了Cr12MoV模具钢的耐磨性能。结果表明,与单一添加W和Er相比,复合添加这两种元素更有利于提高Cr12MoV模具钢的耐磨性。当复合添加0.34%的W和0.05%的Er后,与未添加合金元素相比,模具钢的的磨损体积在25和300℃下分别减少86.07%和87.03%,表明其耐磨性得到显著提高。     

超声波冷锻对Cr12MoV钢渗氮组织与性能的影响

为优化渗氮工艺,提高渗氮层的厚度与硬度,提出用超声波冷锻技术(Ultrasonic cold forging technology,UCFT)对Cr12MoV模具钢进行表面纳米化预处理,并在450℃和520℃两个温度条件下离子渗氮.采用扫描电镜、金相显微镜、白光形貌仪、X射线衍射仪和维氏显微硬度计对样品的微观组织结构和性能进行表征.结果表明:UCFT是一种能与离子渗氮有效复合的预处理工艺,经UCFT表面纳米化预处理后,Cr12MoV模具钢表面形成表面硬度约520 HV,厚度为350 μm的塑性变形影响层;经UCFT表面纳米化预处理后和离子渗氮复合处理后,渗氮层厚度与硬度与原始样品直接渗氮相比有显著提高;UCFT预处理后在520℃离子渗氮4h,材料表面硬度可高达1350 HV,复合改性层厚度也可增至约400 μm.     

提高Cr12Mo1V模具钢耐磨性的研究

研究了六面锻造＋余热淬火以及高频处理条件下钢中残余奥氏体量和残余应力对Cr12MolV的组织和耐磨性的影响。研究结果表明六面锻造＋余热淬火可使钢的碳化物细化1－2级，晶粒度细化1－2级，并改善了耐磨性。而残余应力和残A的量越多，耐磨性越低。在所做的各类热处理制度中，残余应力量小的空冷＋300℃二次回火试样的耐磨性最好。     

Cr12MoV钢渗钒层组织及耐磨性能

为改善Cr12MoV钢耐磨性,提高其使用寿命,通过950℃×8hTD盐浴渗钒处理在Cr12MoV钢表面制备渗钒层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射和摩擦磨损试验对渗钒层组织成分和磨损性能进行检测分析,结果表明:Cr12MoV钢表面渗钒层组织均匀致密,且覆层与基体间存在明显的界面,渗钒层厚度约为9.0μm。渗钒层主要物相由VCx相组成,碳化钒覆层具有(200)和(220)晶面择优取向。经渗钒处理后试样表面显微硬度可达2 002HV0.05,约为原始试样显微硬度值的2.88倍。用GCr15钢球作为摩擦副,载荷为4.9N,滑动速度为0.1m/s,磨损时间为30min条件下,渗钒层的摩擦因数约为0.58;渗钒后试样的磨损体积约为原始试样的0.29倍,其磨损的机制主要为粘着磨损。通过TD盐浴渗钒处理,在Cr12MoV钢表面制备碳化钒涂层可有效提高其耐磨性。     

Cr12MoV模具钢深冷工艺研究

Cr12MoV钢经1030℃加热淬火,首先180℃回火然后-196℃深冷处理并立即在100℃沸水激热处理,达到了不降低冲击韧性,增加硬度,提高耐磨性的目的,并经电机定子扇形硅钢片冲裁模的应用,得到了提高模具使用寿命1.5～2倍的效果。     

Cr12MoV钢的等离子渗氮的优化

Cr12MoV冷作模具钢的表面改性技术研究一直受到关注。本文采用双辉等离子体渗金属设备研究了等离子渗氮的工艺参数对渗氮层质量的影响。通过优化工艺参数实现了对Cr12MoV钢可靠渗氮,炉压500 Pa、渗氮温度500～550℃和保温4 h,渗层表面显微硬度最高达到1100 HV、渗层深度为0.15 mm。本研究拓展了双辉等离子渗金属设备的应用范围。     

变质Cr12MoV模具钢热处理工艺研究

研究了热处理工艺对变质Cr12MoV钢组织和性能的影响。结果表明，淬火回火处理后，变质Cr12MoV钢中共晶碳化物呈粒状均匀分布；随淬火温度的升高，硬度先升后降，冲击韧度呈逐渐升高趋势；淬火后试样随回火温度的升高，硬度逐渐降低，冲击韧度先降后升；确定变质Cr12MoV钢最佳热处理工艺为1080℃淬火＋250℃回火。     

电脉冲渗硼工艺对Cr12MoV钢渗层组织与性能的影响

Cr12MoV钢采用电脉冲辅助渗硼,并对其渗硼层厚度及其性能进行了表征和分析。结果表明,电脉冲降低了渗硼温度且提高了渗硼层深度,脉冲电场的电致迁移阻碍了Fe2B向FeB的转变,渗硼区Fe2B/FeB相组成比例增大,耐磨性比传统渗硼提高5倍。     

2Cr13钢的表面气体渗氮处理

用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)仪及显微硬度计对经气体渗氮处理的2Cr13钢试样进行了组织结构分析,并利用销-盘摩擦磨损试验机对渗氮的盘与未渗氮销摩擦副进行摩擦磨损试验.结果表明,520℃×20 h渗氮可使2Cr13马氏体不锈钢的渗氮层深度达到165 μm,处理后试样的显微硬度约为处理前的2.5倍.处理后试样的耐磨性能得到了较大的提高,渗氮盘试样的磨损表面未出现裂纹,而未渗氮销的磨损表面存在严重的裂纹.     

Microstructure and tribological characteristics of nitrided layer on 2Cr13 steel in air and vacuum

A 2Cr13 steel was gas nitrided in pure NH₃ gas atmosphere at 793 K for 20 h. The microstructure, composition and microhardness of the nitrided samples were examined. The tribological behaviour of the nitrided 2Cr13 steel in air and vacuum was investigated in order to analyse effects of the nitriding on wear resistance of the 2Cr13 steel. The results show that the nitrided layer consists of a compound layer and diffusion zone. The nitriding increases both the surface hardness and wear resistance of 2Cr13 steel in air and vacuum, and the anti-wear characteristic of the nitrided 2Cr13 steel in vacuum is much higher than that in air. The nitrided layer exhibits a mild wear in air, and avoids the severe wear that happens on the unnitrided steel. While the adhesion dominates the wear process in vacuum. The material transfer between the wear couples helps to improve the tribological characteristics of the nitrided layer in vacuum.     

Cr12MoV钢滚丝模等温淬火工艺

对Cr12MoV钢滚丝模发生早期失效的原因进行了分析,并针对上述原因进行了不同淬火工艺对Cr12MoV钢组织和性能影响的试验研究.生产应用结果表明,滚丝模经980℃×30 min+250℃×20 min工艺等温淬火后,模具的使用寿命提高了22倍,取得良好效果.     

LZ50钢离子渗氮层的转动微动磨损行为

利用离子渗氮技术在LZ50钢表面进行渗氮处理.对渗氮层及其基体材料(LZ50钢)在干态不同角位移幅值下进行转动微动磨损试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDX)和轮廓仪对磨痕形貌进行了分析.结果表明:渗氮层虽没有改变LZ50钢的转动微动运行区域特性,但显著降低了基体的摩擦系数,并提高了基体的耐磨性.在部分滑移区,渗氮层损伤轻微,仅呈现零星点状压痕;滑移区,渗氮层的损伤主要表现为剥层和磨粒磨损.     

Cr12MoV钢冲裁模的失效分析与热处理工艺优化

Cr12MoV钢冲裁模使用时因过度磨损而早期失效,从服役环境、化学成分、硬度、显微组织进行分析,并采用有限元仿真对冲裁模服役时的温度分布进行计算。结果表明:冲裁模化学成分符合标准规定,硬度略低于技术要求,显微组织中共晶碳化物不均匀度及大块碳化物尺寸超出标准规范,现场测试及仿真计算表明冲裁模服役温度较高(<500 ℃)。冲裁模热处理工艺不当,组织存在缺陷,抗回火稳定性及热疲劳性较差,使用过程中因服役温度较高发生回火软化,从而造成冲裁模的早期磨损失效。建议采用具有高淬高回特征的热处理工艺,利用Cr12MoV钢的二次硬化效应赋予冲裁模良好的抗回火稳定性。利用优化后的工艺生产的冲裁模使用寿命提高至原来的4.62倍。     

Cr12MoV模具钢应用的主要问题与热处理研究进展

针对Cr12MoV模具钢应用中的失效问题,结合Cr12MoV模具钢的特性,从锻造工艺、热处理工艺、线切割等模具生产中的主要环节,总结了Cr12MoV钢冲模制造工艺的主要问题和国内研究进展状况。分析了各生产环节中工艺参数变化对Cr12MoV钢的开裂、碳化物大小和分布、基体组织与性能的变化和影响因素,概述了各环节中应采取的应对措施。