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s136磨具鋼,深冷處理后SKD11鋼組織與沖擊磨料磨損機(jī)理研究

文章來(lái)源:本站 發(fā)布時(shí)間:2023-03-13 15:36:52

  原標(biāo)題:SKD11鋼組織及深冷處理后沖擊磨料磨損機(jī)理研究

  摘 要 使用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、硬度計(jì)和拉伸試驗(yàn)機(jī)觀察并嘗試熱處理 深冷處理 SKD11鋼在回火處理后的顯微組織、硬度和抗沖擊性能(通常稱為“深冷處理”)采用MLD-10載荷磨損試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)SKD11鋼沖擊磨損特性,并對(duì)沖擊磨損原理進(jìn)行了深入分析。分析表明,SKD11鋼經(jīng)深冷處理后,由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同類型的滲碳體組成。滲碳體包括碳化物滲碳體、非熔化碳體和斑點(diǎn)滲碳體。分析表明,SKD11鋼經(jīng)深冷處理后,由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同類型的碳化物組成。碳化物包括碳化物碳化物、非熔化碳化物和斑點(diǎn)碳化物。SKD11鋼的硬度為59.2 HRC,無(wú)空缺樣品的沖擊功約為16 J。在沖擊磨損試驗(yàn)中,深冷處理SKD11鋼的磨損率隨著損壞時(shí)間的增加而線性增加。在其科學(xué)研究的磨損期內(nèi),深冷處理后SKD11鋼的早期磨損機(jī)制大多是外部經(jīng)濟(jì)鉆孔磨損和幾次形狀變化損傷,后期磨損機(jī)制多為應(yīng)變力疲勞磨損。

  關(guān)鍵字 SKD11鋼;深冷處理;顯微組織;斷裂韌性;沖擊磨損

  損壞、破裂和形狀變化是磨具無(wú)效的三種具體方式,其中損壞在磨具無(wú)效中占很大比例[1],但磨粒磨損是損壞過(guò)程中常見(jiàn)的損壞方式,沖擊磨損是磨粒磨損中的一種特殊方式,沖擊磨料的磨損環(huán)節(jié)不僅具有沖擊錘的沖擊效果,而且具有磨砂顆粒的磨損效果。為保證模具鋼的耐沖擊磨損特性,從模具零件表面進(jìn)行了改性[2]、成分調(diào)節(jié)[3]、探討了熱處理方法的改進(jìn)[4],發(fā)現(xiàn)選擇深冷處理可以提高模具鋼的耐磨性[5]。

  SKD11鋼以輕載場(chǎng)所常用的SKD11鋼為研究主體,分析了SKD11鋼在沖擊磨損條件下的磨損機(jī)制,為SKD11鋼的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

  實(shí)驗(yàn)中使用的SKD11鋼成分見(jiàn)表1顯示,其原產(chǎn)品尺寸為220 mm×60 mm×10 mm,實(shí)驗(yàn)期間,對(duì)原試件進(jìn)行熱處理 深冷處理 回火處理(通常稱為“深冷處理”),其熱處理方法為:將試件放入ZKL-06010雙室氣體淬火真空燒結(jié)爐進(jìn)行真空處理,真空值為2.5 Pa,在700~750 ℃加熱1 h,再加熱至1 010 ℃后保溫1 h,淬火后,立即將溫度放入-80~-70 在℃的SL-600型制氫罐中,保持4 取下試件,將其冷卻到室內(nèi)溫度,然后進(jìn)行200 ℃回火處理[6]。

  用線切割機(jī)激光切割100 mm×10 mm×30 mm試件采用zeiss體視顯微鏡觀察深冷處理后試樣的合金成分,選用HRS-150表面洛氏硬度計(jì)測(cè)量待檢測(cè)樣表面的硬度值,計(jì)算平均值為更終硬度值。

  按照GB///T 229-1984規(guī)范選用線切割機(jī)激光切割10 mm×10 mm×55 毫米無(wú)空缺試件,為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,以3個(gè)試件沖擊功的平均值作為更終沖擊功[7]。

  沖擊磨料磨損試驗(yàn)在圖1所示的MLD-10載荷磨損試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行。更后一個(gè)試件是SKD11鋼,深冷處理后尺寸為10 mm×10 mm×30 mm,下試件為環(huán)形GCr15鋼,強(qiáng)度為62 HRC,耐磨材料為400目地棕剛玉砂,常用沖擊力為4.5 J,試驗(yàn)儀沖擊工作頻率為60次/min[6]。試驗(yàn)過(guò)程中,沖擊錘往復(fù)自由落體,推動(dòng)試件與試件環(huán)表面碰撞,將耐磨材料從試件邊緣的砂桶中注入,沖洗上下試件。精度為0.1 2mg電子分析天平各自測(cè)量試件、4、6、8、10 h損壞前后質(zhì)量,選擇透射鏡(SEM)觀察SKD11鋼深冷處理后的機(jī)構(gòu)、斷裂面的外部經(jīng)濟(jì)特性和沖擊磨料磨損后的表面形狀。

  2.1 SKD11鋼深冷處理后的組織分析

  為了進(jìn)一步把握深冷處理后不同類型滲碳體的組成和比例,對(duì)試件中的滲碳體進(jìn)行了能譜分析。從圖3可以看出,球形和條形滲碳體都含有C 、Fe、Cr、V4元素表在斑點(diǎn)滲碳體中沒(méi)有V原素。根據(jù)表2中各元素的原子百分比,可以計(jì)算出球形和條形滲碳體可能是Cr7C3、VC、 (Fe,Cr)3C斑點(diǎn)狀滲碳體為Cr7C3、(Fe,Cr)7C3。

  2.2 SKD11鋼深冷處理后的抗沖擊性能 剖析

  表3顯示了SKD11鋼深冷處理后沖擊破裂時(shí)測(cè)量的沖擊功。從平均值可以看出,SKD11鋼深冷處理后沖擊吸收功率相對(duì)較低,主要原因是SKD11鋼中奧氏體基材及周圍滲碳體顆粒過(guò)多,影響了晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與晶界應(yīng)力矩的平衡,降低了SKD11鋼沖擊時(shí)吸收的動(dòng)能。為了進(jìn)一步分析SKD11鋼試件深冷處理后的破裂原理,對(duì)SEM斷裂形狀進(jìn)行了觀察。從圖4斷裂形狀可以看出,橫截面上有一定的總面積和不同尺寸的解理,解理呈中小凹盆狀,撕裂棱角和韌窩比例較小。因此,我們可以知道SKD11鋼的沖擊破裂模式是標(biāo)準(zhǔn)的解理斷裂。

  2.3 SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨損結(jié)論 機(jī)理研究

  圖5顯示了SKD11鋼深冷處理后沖擊磨料磨損量與損壞時(shí)間的關(guān)系曲線圖。沖擊功為4.5 在其科學(xué)研究的磨損期內(nèi),試樣的磨損率與損壞期正相關(guān),但為6 h后曲線斜率略有擴(kuò)大。沖擊功為4.5 在其科學(xué)研究的磨損期內(nèi),試樣的磨損率與損壞期正相關(guān),但為6 h后曲線斜率略有擴(kuò)大。這意味著試件在承受沖擊磨損的過(guò)程中,磨損機(jī)制可能會(huì)在各個(gè)階段發(fā)生變化。

  對(duì)SKD11鋼深冷處理后沖擊磨料的磨損原理進(jìn)行了更詳細(xì)的分析,需要對(duì)磨損表面的宏觀外觀進(jìn)行進(jìn)一步的觀察。圖6顯示了SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨損4 SEM在h后磨損面的外觀由圖6組成(a)可以知道,試件損壞表面有箭頭符號(hào)所示的硬相凸起,同時(shí)使用硬相斷裂解理[8]。這種外觀的誕生主要是因?yàn)镾KD11鋼的中小塊和球形滲碳體阻礙了顯微鏡的鉆孔和形狀變化,形成了“浮雕圖案”的外觀。由于大量碳化物滲碳體延性大,破裂,圖6發(fā)生(a)所示的光潔解理。

  由圖6(b)可以知道,犁溝排水溝有一定不規(guī)則的形狀變化,犁溝兩側(cè)的原材料被引向兩側(cè),但基材沒(méi)有脫落。這種引向兩側(cè)和前部且不切割的體積稱為犁皺[9],如下圖6所示(b)顯示中圓形。在沖擊磨粒磨損過(guò)程中,SKD11鋼深冷處理后的平均硬度為9.2~9.5 HRC,因此,在沖擊磨損過(guò)程中,一方面,硬棕剛玉顆??赡茉跊_擊力作用下壓入SKD11鋼試件表面,另一方面,耐磨材料可能沿試件表面徑向移動(dòng),產(chǎn)生犁溝,產(chǎn)生切割。當(dāng)后續(xù)耐磨材料多次根據(jù)同一點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致更多的原材料引導(dǎo)到犁溝兩側(cè)或前面,產(chǎn)生犁皺,在磨砂顆粒效果后,排水溝原材料可能再次出現(xiàn)犁溝變形,引導(dǎo)兩側(cè)凸部分可能鋪平或再次沉積,因此循環(huán)形狀變化,導(dǎo)致冷硬化或其他增強(qiáng)原材料脫落成磨屑[8]。因此,SKD11鋼深冷處理后短時(shí)間內(nèi)的磨損機(jī)制是外部經(jīng)濟(jì)鉆孔磨損和幾次形狀變化損壞。

  圖7顯示了SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨損8 h后SEM外觀,從圖7可以看出,此時(shí)磨損表面有箭頭符號(hào)和圓形表示的犁皺紋、鑿痕和表面裂紋,但犁皺紋和鑿痕的比例不大,損壞表面主要有表面原材料脫落后留下的脫落坑。這種脫落坑的產(chǎn)生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下,使表面留下沖擊痕跡,表面金屬材料在沖擊磨砂顆粒硬化和開(kāi)裂的反復(fù)作用下,然后導(dǎo)致磨屑的脫落,這種磨損稱為應(yīng)變疲勞磨損[10]。這種脫落坑的產(chǎn)生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下,使表面留下沖擊痕跡,表面金屬材料在沖擊磨砂顆粒的反復(fù)作用下硬化和開(kāi)裂,然后導(dǎo)致脫落磨損,這種不斷形狀變化引起的磨損稱為應(yīng)變力疲勞磨損[10]。因此,SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨損原理主要是應(yīng)變力疲勞磨損。

  通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析,SKD11鋼深冷處理機(jī)構(gòu)由隱晶回火馬氏體、滲碳體和殘余奧氏體組成,滲碳體上有不規(guī)則碳化物、球形未熔碳體及其顆粒;SKD11鋼深冷處理后的平均強(qiáng)度為59.2 HRC,常溫?zé)o空缺試樣的沖擊功約為16 J,沖擊斷裂的方法是標(biāo)準(zhǔn)解理斷裂;沖擊功為4.5 在J下,在其科學(xué)研究的磨損期內(nèi),SKD11鋼深冷處理后的磨損率與損壞時(shí)間正相關(guān)。短時(shí)間內(nèi)的磨損機(jī)制是外部經(jīng)濟(jì)鉆孔磨損和幾次形狀變化損壞,中后期沖擊磨損原理主要是應(yīng)變疲勞磨損。

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