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工业技术的高速发展,对工模具钢提出了新要求。研制具有更高性能、短流程和低成本的新型工模具钢及其制备技术就成为此领域的趋势。
本论文在国内首次采用喷射成形结合传统工艺制备系列典型工模具钢。此外,本文系统研究了喷射成形工模具钢的组织特征、第二相的析出以及性能的变化。
通过上述内容的研究,发现和取得了以下重要成果:
(1)喷射成形制备的W18Cr4V、W6Mo5Cr4V3高速钢显示出等轴晶组织,无传统铸锭中的骨架状树枝晶组织,晶粒尺寸由铸锭的100~150μm减少为10~30μm,一次碳化物尺寸由50~70μm减少为5~10μm。锻造后,晶粒进一步细化(<10μm),碳化物更细小(<5μm)。
(2)淬火回火后,此两种典型高速钢硬度分别为63.0 HRC和66.1 HRC,较同成分同热处理铸锻高速钢有显著提高。而且,由于消除了骨架状树枝晶组织,碳化物尺寸下降一个数量级,与粉末高速钢类似。意味着此方法研制的高速钢的使用寿命有可能达到粉末高速钢水平,且流程短,成本仅1/5-1/10。
(3)喷射成形H13钢沉积态晶粒由传统铸态的100~150μm下降为20~30μm,且呈等轴晶分布。锻造后材料显示出较传统方式更佳的回火稳定性,例如:600℃回火时,硬度仍高达55.1 HRC,而同样温度回火时,传统铸锻硬度为47.5 HRC。此外,喷射成形H13钢的抗拉强度和屈服强度从传统铸锻的1078.9 MP、877.8 MP分别提高到1620.0 MP、1450.0 MP。这主要来源于喷射成形使材料有更高的碳和合金元素固溶度,回火稳定性显著提高,600℃回火时仍为回火马氏体。弥散细小分布的第二相也对性能提高有所贡献。
本论文研究出一种低成本短流程制备高性能工模具钢的先进制备方法和工艺,同时对于组织和性能变化规律有了初步认识。这对于简化流程、降低成本、提高现有工模具钢性能有重要意义,以及研究和制备出新一代高性能工模具钢在理论和实践上都具有重要意义。