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1、魏魏敏敏新型热作模具钢新型热作模具钢CH95CH95的高温的高温力学和耐磨性能的研究力学和耐磨性能的研究 研究介绍研究介绍金属材料在高温和氧化环境中的磨损已得到较为广泛的研究，粘着磨损，磨料磨损和氧化磨损是高温下得主要磨损形式。在许多实际条件中，这三种磨损往往在金属部件中都会发生。高温磨损机制是很复杂的，通常是混合模式或者在不同的条件下模式也发生改变。金属材料的强度和硬度等随温度升高而降低，从而影响其耐磨性能。高温磨损是热作模具钢在高速墩锻机应用过程中常见的失效形式。为了满足高速墩锻机对模具耐高温磨损、耐热疲劳性能及强稳定性的使用要求，我们研制了新型热作模具钢CH95钢。 研究内容研究内容在不
2、同的温度和载荷下，对进行少量添加B和Re元素的新型热作模具钢CH95和普通的热作模具钢H11的高温力学性能和耐磨性能进行比较研究。对两种热作模具钢的形貌进行扫描电镜分析。目目 录录实验部分实验部分1 实验结果与分析实验结果与分析2实验结论实验结论3实验部分实验部分实验部分实验部分实验仪器实验仪器实验材料实验材料实验材料实验材料热处理过程热处理过程实验材料实验材料1.11.1实验材料为新型热作模具钢CH95和普通热作模具钢H11的组成成分如表所示：steelCSiMnCrMoVOthersH110.411.120.345.501.110.30P,S含量小于0.03CH950.360.441.13
3、2.742.020.94微量的Re和B表一：表一： H11H11钢和钢和CH95CH95钢的化学成分如图：钢的化学成分如图：质量质量分数分数wtwtCH95试样经1100油淬+580一次回火+620二次回火处理；H11试样经1030油淬+580一次回火+600二次回火处理；随后分别进行二段离子氮化处理(4804 h+51010h,N2/H2混合比率小于4O )；两种试样热处理程序均采用空冷方式。1.21.2热处理过程热处理过程测试性能仪器测试性能仪器1.31.3WJ-10B型万能材料试验机上进行拉伸试验；HR-150DT型电动洛氏硬度计测量试样硬度；Neophot-2型金相显微镜进行金相组织观
4、察；H7OO型透射电子显微镜(TEM)观察分析碳化物形貌；大越式OATU 型摩擦磨损试验机进行高温摩擦磨损试验； 扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。 2.测试性能与分析测试性能与分析132力学性能测试分析热稳定性能分析摩擦性能测试 CH95钢淬火后的组织为板条马氏体+粒状碳化物及少量残余奥氏体，二次回火后的组织为回火索氏体+粒状碳化物，而且碳化物的分布细小均匀。经过二次回火后的CH95钢的硬度处于5O3H RC。 用于进行力学性能测试试验的拉伸试样的直径为10 mm，长径比为5，符合GB4338-84。在WJ-10B型万能材料试验机上进行拉伸试验，拉伸速率采用1.2 mm/min，试验温度分别为
5、室温、300、600 、650和700 ，每个试验结果均为34次试验结果的平均值。2.1 力学性能测试分析将箱式炉升温至650后装入待测试样保温，空冷至室温后，取出试样，用砂纸打磨表面氧化层，用HR-150DT型电动洛氏硬度计测量试样硬度，每个试验结果均为34次试验结果的平均值。对硬度变化较大的试样，磨去表面氧化皮后，用Neophot-2型金相显微镜进行金相组织观察。硬度测量（时效处理）硬度测量（时效处理）2.2 2.2 热稳定性能测试与分析热稳定性能测试与分析CH95CH95和和H11H11钢钢650650 时效时效2 2小时的金相组织小时的金相组织 500500采用大越式OATU 型摩擦磨
6、损试验机进行高温摩擦磨损试验，待测试样尺寸为5 mm30 mm50 mm，表面粗糙度R为0.8 um；偶件为正火28MnCr5钢,偶件尺寸如图所示。试验条件为：相对滑动速度064 ms，行程400 m，温度为250、350、450、550、650 ，载荷为21 N、32 N、63 N、126 N用精度为0001 mm的显微镜测量试样磨痕宽度，每个试验结果为34次试验结果平均值；以磨痕宽度表征试样的磨损性能。2.3 2.3 摩擦性能测试与分析摩擦性能测试与分析当温度低于450时，在磨损表面难以形成氧化层。CH95钢和H11钢的磨损过程是磨粒磨损和粘着磨损的结合。随着测试温度的增加，接触传热和摩擦
7、热增加，导致摩擦表面的温度增加。然后，靠近磨痕的基体材料的修复速度加快，加工硬化速度和接触表面的硬度将减小，这样就使得磨粒易在磨损表面形成沟槽。由磨损造成的质量亏损随着温度的增加而增加。当测试温度高于450时，磨损表面的氧化物开始形成氧化层。当温度继续升高时，氧化物覆盖的面积越来越大。致密的氧化层减少摩擦副之间直接接触的机会，从而有效的保护磨损表面和减少磨损表面的磨损。更多的完整的氧化层能够减少磨损，所以，质量亏损随着测试温度（大于450）的增加而减少。CH95钢中含有少量的稀土元素，稀土易发生氧化，从而加速致密氧化层的形成、细化氧化层组织、提高氧化层强度和韧性、减轻氧化层粘着破裂倾向、提高氧
8、化层的耐磨性和抗剥离能。此外：稀土元素还能有效抑制晶粒的长大，使晶粒细化，并改善氮(碳)化物的分布状况、增强基体与氧化层之间的结合力，从而提高CH95钢的抗磨性能，特别是在高温高载荷下。CH95钢的高温力学性能显著优于H11钢；其在650下的抗拉强度是H11钢的2倍，屈服强度是Hll钢的近2倍。高温力学性能是影响CH95钢和H11钢的抗磨性的主要因素之一。在高温低测试载荷下，氧化层更容易形成，在高载荷下，基体的塑性变形更容易发生，这样就不能有效的维持磨损面的氧化层。CH95钢比H11钢能更有效的维持磨损面的氧化层是由于它具有较好的高温强度。3 3 结论结论稀土可加速CH95钢表面致密氧化物层的形成，提高其强度、韧性、耐磨性和抗剥离能力；CH95钢在高温高载下的抗磨性能明显优于H11钢。H11钢磨损机理是粘着磨损。在H11钢的磨损表面仅有部分氧化层。在CH95磨损表面有像犁沟一样的沟槽和完整的氧化层。CH95钢的磨损表面比H11钢的更光滑。谢谢！谢谢！
