鈮微合金化H13鋼的熱疲勞行為.pdf

1、AISIH13鋼是目前應用極為廣泛的一類熱作模具鋼，主要應用于壓鑄模、熱擠壓模和熱鍛模等。熱疲勞是這類鋼的主要失效形式。本文研究了微量Nb對H13鋼熱疲勞行為的影響，初步探明了Nb微合金化H13鋼的熱疲勞裂紋萌生、擴展的主要方式及其熱疲勞循環(huán)軟化的表現(xiàn)形式，并提出相應的熱疲勞壽命預測模型；同時對熱疲勞過程中多元合金鋼的碳化物粗化動力學行為也進行了初步探討。主要結(jié)論如下： 1、借助Thermo-calc熱力學計算軟件和TEM&ED

2、S等手段，研究了微量鈮對H13鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)、碳化物的類型、大小和分布的影響。研究表明，在相同的奧氏體化溫度下，添加微量的Nb可以有效細化H13鋼的奧氏體晶粒，甚至添加0.07wt％Nb的H13鋼在1120℃奧氏體化后的晶粒大小與普通H13鋼1030℃奧氏體化時的晶粒大小相當；同時碳化物細小且更加彌散。 2、對鈮微合金化H13鋼的室溫及高溫力學性能研究表明，添加微量Nb對H13鋼的抗拉強度和屈服強度的貢獻不顯著，而且對塑韌性的

3、改善也有限。回火軟化抗力和熱穩(wěn)定性的研究結(jié)果表明，微量鈮的添加改善了H13鋼的回火軟化抗力和熱穩(wěn)定性，其中添加0.07wt％Nb的效果好于添加0.014wt％Nb的效果。3、添加微量的Nb使H13鋼的熱疲勞裂紋萌生細小、均勻，裂紋擴展緩慢；熱疲勞后的硬度梯度下降緩慢，軟化層較淺，從而顯著提高了H13鋼的熱疲勞性能。其中含0.07wt％Nb的H13鋼熱疲勞性能最好。奧氏體化溫度對所研究鋼的熱疲勞性能有明顯的影響。隨奧氏體化溫度升高，鋼的熱

4、疲勞性能先增加后降低，在1080℃奧氏體化時鋼具有最好的熱疲勞性能。 4、對Nb微合金化H13鋼和普通H13鋼熱疲勞后的表層硬度測試發(fā)現(xiàn)，在熱疲勞過程中的表層硬度隨循環(huán)次數(shù)的增加呈類震蕩周期變化。在熱疲勞循環(huán)起始階段，表層硬度急劇下降，類震蕩頻率較快；在熱疲勞后期，類震蕩頻率趨緩，表層硬度總體表現(xiàn)為循環(huán)軟化特性。TEM&EDS分析顯示，熱疲勞初期表層硬度的急劇下降與M23C6碳化物的迅速粗化有關(guān)；而表層硬度的類震蕩周期變化與位錯

5、密度的變化密切相關(guān)。 5、對幾種H13類鋼的碳化物形態(tài)和彌散分布程度的比較分析發(fā)現(xiàn)，熱疲勞裂紋的萌生與其碳化物的彌散分布程度有關(guān)。Nb微合金化H13鋼的碳化物分布較細小且彌散分布，其萌生的裂紋較多，但細小均勻；而普通H13鋼的碳化物較粗大且碳化物聚集明顯，因而萌生的裂紋較少但粗大。萌生的熱疲勞裂紋幾乎是垂直于試樣表面向內(nèi)以突進方式在擴展，顯示出裂紋擴展是以穿晶方式進行的?；贑offin-Manson公式，并計及熱應變并不完全轉(zhuǎn)

6、變?yōu)闄C械應變這個因素，導出一個適用于自約束熱疲勞壽命的預測模型，即Nf={εf/αΔT-(1-v2)σ2/E2-(1-v1)σ1/E1-+εT}1/n。 6、對M23C6碳化物在等溫時效過程中與熱疲勞過程中的粗化行為的對比研究發(fā)現(xiàn)，熱疲勞過程加速了碳化物的粗化，表明碳化物粗化與合金元素在熱應力作用下的較快擴散有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，運用DICTRA動力學軟件模擬了700℃時效過程中的M23C6的粗化行為；同時也模擬探討了V/Mo值的變