核心提示：研究了Co、Mo、W和V元素對新型鎂合金壓鑄模具鋼高溫磨損性的影響。結(jié)果表明,當(dāng)Co元素添加量為8%時,該模具鋼的高溫耐磨性最好。 基體中添加W元素可大幅提高鎂合金壓鑄模具鋼的高溫耐磨性,添加Mo和V元素對鎂合金壓鑄模具鋼的高溫磨損性能影響較小。
鎂合金由于熔點低,流動性好以及較低的比熱 容使得其鑄件容易獲得高的冷速,是一種非常適合 壓力鑄造的合金材料。 然而,由于鑄造過程中的 熱疲勞以及高溫磨損會導(dǎo)致模具被破壞。 鎂合金 壓鑄模具的高溫耐磨性能是由模具鋼內(nèi)部合金元 素的分布決定的。 同時,模具鋼中的熱處理工藝對 模具鋼元素的分布有較大的影響,最終決定鎂合金 壓鑄模具鋼的高溫磨損性能。 因此,本文探討了 合金元素對新型鎂合金壓鑄模具鋼高溫磨損性能的影響。
1 實驗
以廢鋼(0.2%C,1.5%Si)和生鐵(4.3%C)為主要原 料,以低碳鉻鐵(0.25%C,60.00%Cr)、鉬鐵(55%Mo)、 鎢鐵(60%W)、硅鐵(75%Si)、釩鐵(55%V)以及鈦鐵(30%Ti)為添加劑原料研制新型鎂合金壓鑄模具鋼。實驗所設(shè)計的鎂合金壓鑄模具鋼配方組成如表1所 示。采用中頻感應(yīng)電爐熔煉。當(dāng)鋼液達(dá)到熔煉溫度 時,對鋼液進行脫氧處理。并對其進行孕育、變質(zhì)以及凈化處理,采用砂型澆注試樣。
試樣均采用硅鉬棒爐進行熱處理,溫度為1000 °C。 試樣外涂覆抗氧化、防脫碳高溫涂料進行保護。 模具鋼試樣的回火工藝在井式爐中進行。 采取的強韌化 熱處理工藝為:預(yù)處理,淬火,一次回火,二次回火。 隨后, 利用機械加工方法將鑄造試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。利用高溫磨損實驗機進行高溫磨損實驗,實驗溫度為 480 °C。采用稱重法對試樣磨損結(jié)果進行測試, 利用電子天平稱量試樣磨損前后的重量, 再求出磨 損重量損失 Δm,每次實驗采用 5 個試樣,結(jié)果取平 均值。實驗一共進行了兩次,重點考察了Co、Mo、V、W 共 4 種合金元素對所制備壓鑄模具鋼高溫磨損 性能的影響。 第一次和第二次實驗環(huán)境均相同。 不 同的是兩次實驗所采取的磨盤硬度值發(fā)生了改變, 第一輪實驗?zāi)ケP硬度為 50 HRC, 第二輪實驗?zāi)ケP 的硬度為 65 HRC。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 Co 含量對模具鋼高溫磨損性能的影響
圖1為鎂合金壓鑄模具鋼質(zhì)量損失隨Co含量的變化曲線。 可以看出, 當(dāng)Co元素添加量在 0.65%~15.00%范圍內(nèi)變化時,鎂合金壓鑄模具鋼的 質(zhì)量損失先降低后升高, 即耐磨性呈先升高后下降 的趨勢。 并且當(dāng)Co含量為 8%時,模具鋼耐磨性達(dá)到最佳。
2.2 Mo、V對模具鋼高溫磨損性能的影響
Mo元素一般在鋼的基體以均勻分布的彌散碳化物狀態(tài)存在,這種狀態(tài)有助于促進鋼的硬化。而 V 元素的添加有利于 VC 彌散起到強化作用, 從而提高模具鋼基體的硬度。圖2為Mo和V元素對模具鋼磨損性能的影響曲線圖。 其中,A6、A7以及A8號 試樣為去Mo和V試樣。A1、A3以及A5為基礎(chǔ)試 樣。 可以看出,基礎(chǔ)試樣和去Mo和V試樣的質(zhì)量 損失均隨著Co含量的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的 趨勢,即耐磨性先升高后降低,并且均在Co含量為 8%時達(dá)到最低。 然而,兩者對比發(fā)現(xiàn),基礎(chǔ)試樣的高 溫耐磨性最好。 這同樣也說明Mo和V元素的添加 可能會影響Co以及其它元素在模具鋼中的分布, 進而影響壓鑄模具鋼的高溫耐磨損性能。
2.3 W 對模具鋼高溫磨損性能的影響
圖3給出了W元素對模具鋼磨損性能的影響結(jié)果。 可以看出,與未添加W元素試樣(A9)相比,添加W元素試樣(A6)的質(zhì)量損失較低,而且低于同時 添加Mo和V的試樣(A1)。這是因為,W元素的添 加使得其在基體鋼中形成碳化物, 有助于基體韌性 的提高,同時還可形成耐磨相。綜合分析可知,,在鎂 合金壓鑄模具鋼中添加W元素有助于提高模具鋼 的高溫耐磨性。
2.4 第二輪磨損實驗Co、Mo、V、W對模具鋼高溫 磨損性能的影響
圖4是第二輪高溫磨損實驗結(jié)果�？梢钥闯�,隨著試樣從A1變化至A9,模具鋼的質(zhì)量損失總體呈下降趨勢。A1~A4試樣的質(zhì)量損失隨Co元素添加量的增加而降低,當(dāng) Co元素添加量增加至 12%時, 壓鑄模具鋼的質(zhì)量損失降到最低。 而 Co元素添含量進一步增加至15%時, 模具鋼試樣A5的質(zhì)量損 失又開始升高, 說明Co元素的添加量不能超過12%。A6~A8試樣未添加Mo和V元素,其質(zhì)量損失隨Co元素添加量增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢,且當(dāng)Co元素添加量為 8%時, 試樣質(zhì)量損失最低,即 A7 試樣的高溫耐磨性最好。未添加元素 Mo、W以及V的A9試樣其質(zhì)量損失高于 A7,證明合金元素 的添加有助于提高模具鋼的高溫耐磨性能。
3 結(jié)論
(1) 鎂合金壓鑄模具鋼中添加一定量的Co元素 有助于其高溫耐磨性能的提高, 當(dāng)Co含量為8%時模具鋼高溫耐磨性最好。
(2) 基體中添加W元素可大幅提高鎂合金壓鑄 模具鋼的高溫耐磨性,添加Mo和V元素對鎂合金 壓鑄模具鋼的高溫磨損性能影響較小。
