【摘 要】
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模具称为“工业之母”,其材料及工艺水平已成为衡量一个国家制造业水平高低的标准。随着汽车、家电、电子设备和军工等制造业对高性能模具钢需求的日益提升,使高强韧和长服役寿命模具钢的开发迫在眉睫。相比于冷作模具钢,热作模具钢在高温高压急热急冷的恶劣环境下服役,发生失效的影响因素复杂多变,对材料的性能提出了更高的要求。本论文开展热作模具钢的热处理和合金元素对其组织性能和热疲劳寿命的影响具有重要意义。通过研究
【基金项目】
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国家自然科学基金项目; 广东省科技计划项目
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模具称为“工业之母”,其材料及工艺水平已成为衡量一个国家制造业水平高低的标准。随着汽车、家电、电子设备和军工等制造业对高性能模具钢需求的日益提升,使高强韧和长服役寿命模具钢的开发迫在眉睫。相比于冷作模具钢,热作模具钢在高温高压急热急冷的恶劣环境下服役,发生失效的影响因素复杂多变,对材料的性能提出了更高的要求。本论文开展热作模具钢的热处理和合金元素对其组织性能和热疲劳寿命的影响具有重要意义。通过研究H13钢和DIEVAR钢在不同热处理工艺和不同周次的热循环试验下的热疲劳损伤情况发现:H13和DIEVAR钢在1030℃淬火和520-580℃回火后的组织为回火马氏体,640℃回火的组织包含回复或再结晶的铁素体和球状渗碳体;在520-640℃回火温度范围内,H13钢硬度高于DIEVAR钢但韧性略低于DIEVAR钢,H13钢最高硬度值为54.1HRC;不同的热处理工艺下,DIEVAR钢的热疲劳性能均优于H13钢,且520℃回火时钢材的热疲劳损伤因子最小,580℃热疲劳性能最差;H13和DIEVAR钢碳化物平均颗粒尺寸,均在580℃升高且碳化物颗粒粗化到最大值,H13碳化物颗粒尺寸最大值为0.75μm;H13钢主要存在的碳化物为少量的小球状的M8C7、鹅卵石状的M2C、近球状M23C6和较多的短棒状M7C3,而DIEVAR钢以小球状的M8C7和鹅卵石状的M2C为主;H13钢在520℃回火后经过1000次700℃热疲劳后主要生成的组织为板条状马氏体+针状马氏体+渗碳体+残余奥氏体,而580℃回火后主要生成的组织为针状马氏体+渗碳体+残余奥氏体,其中前者板条马氏体最大宽度尺寸为3.82μm,后者针状马氏体最大宽度尺寸为1.23μm。通过探究了两种奥氏体耐热钢（3Cr18Mn10Ni4和3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢）在不同保温时间的热循环试验下的热疲劳损伤情况发现:3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢X射线衍射图中的Fe3O4峰和Fe Cr2O3峰明显大于3Cr18Mn10Ni4钢,3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9和3Cr18Mn10Ni4钢随着热疲劳过程中保温时间的增加,氧化层都不断的增加,且3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢氧化层大于3Cr18Mn10Ni4钢。室温条件中,3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢断裂延伸率为18.31%,而3Cr18Mn10Ni4钢断裂延伸率为63.21%,均为韧性断裂。通过定量分析两种钢的表面和截面的损伤情况,计算出热疲劳总损伤因子,结论为3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢热疲劳性能优于3Cr18Mn10Ni4钢。3Cr18Mn10Ni4Ti2.1B0.9钢含有Ti和B元素,生成的Ti（C,N）和棒状的（Cr,Fe）2B颗粒对热疲劳性能有较为明显的提高。
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