（毕业设计论文）《W6Mo5Cr4V2高速钢降低或者避免热疲劳磨损和塑性变形研究》.docVIP

1 绪论 1．1 引言 由于现代工业的快速发展,材料的性能要求也越来越高。影响着机械产品的性能质量和使用寿命的两类核心问题是热疲劳磨损和塑性变形，对企业造成巨大的经济损失。热锻模是传递动力、使高温金属毛坯在模具型腔内通过塑性变形达到锻件成形的工具[1]。热锻模是锻造工业中重要的工艺装备,在工作过程中要承受周期性的热负荷和机械负荷。在我国热锻模的寿命一般为3000-5000件,是国外的1/3左右,因而提高热锻模的寿命显得尤为重要[2]。采用热锻模为模具，运用等离子喷涂、等离子重熔、等离子喷焊等三种工艺方法，对影响热锻模使用寿命的几个关键问题进行研究,解决如何提高模具的使用寿命，降低锻件成本等问题。 2 等离子的基本性质 等离子体是由大量的自由电子和离子组成，且在整体上表现为近似电中性的电 离气体，与所熟悉的物质三态（固态、液态、气态）一样，是物质存在的又一种聚集态。所以，被称为物质第四态，或称为等离子态。 从科学实验和生产斗争中认识到，只要使每个粒子中电子的动能超过原子的电 离能时，电子将会脱离院子的束缚而称为自由电子，而原子则因失去电子而成为带正电的离子，这个过程称为电离。当气体中足够多的原子被电离后，这种电离的气体已不是原来的气体了，而转化为新的物态即等离子态。对同一中物质来说，处于等离子态时的温度要比处于固态、液态、气态时高[3]。 加热到摄氏几千度以上的气体形成了特殊的物质第四态—等离子体。它与固态、液态、气态的不同，特别是在于下列性质方面： （1）除了单个分子间的弹性碰撞之外，还发生了大量的非弹性碰撞，它们使分子处于激发量子态，有时则引起分子的解离与电离。 （2）这些过程使得化学均匀的气体转变为分子、原子、正离子、负离子、电子、光子等不同粒子的气态混合物。 （3）等离子包含有荷电粒子——电子和离子。正是通过这些粒子，电场和磁场能够作用于电离的气体：由于气体混合物是导电的，所以它能从电场或磁场接受能量或者把能量传递给电磁场。因为在每一点处，正粒子和负粒子的浓度大体上是相等的，所以混合物作为整体上来说是准中性的。 （4）如果荷电粒子的密度不是太小，那么气体的性质在很大程度上受它们的库伦相互作用的影响。库伦作用的特点是随着粒子间距离的增加，力的减少时比较慢的。因此，每个粒子同时作用于大量的其它粒子。理论上说，作用于所有的所有的粒子。粒子的轨道不再像在理想气体中那样是直线了 [4]。 1．3 热锻模 1.3.1 热锻模的寿命 锻模是锻压生产的主要工艺装备，是零件毛坯制造无可替代的专用工具。采用模锻方法生产的锻件，可以减少或无需金属机械加工余量.因此，锻压生产可以大幅度提高材料利用率，缩短零件的制造周期，同时，操作容易，成本低，效率高，经济效益良好。但是，随着锻件生产量的提高，锻模寿命已成为制约锻件生产量及制造成本的重要因素[5]。在热锻模工艺中，工艺参数（包括设备性能，工件材料，润滑）和模具材料，表面处理方法一起决定了模具工作条件的接触边界条件，这种边界条件直接影响着模具的失效机理。热锻模工作条件较差，型腔需要承受很大的冲击力和大于10次/min的冷热交变载荷，并且长时间处于600℃以上的高温环境，所以锻模的寿命较短[6]。影响锻模寿命的除了复杂的工作环境之外，材料的选择、结构设计、热处理工艺以及使用维护都影响着热锻模的寿命。如何提高热锻模的使用寿命已成为锻压界关注的重要问题。 1.3.2 热锻模的失效形式 热锻模失效的原因是：锻模内部反复引起的高压应力，导致产生疲劳裂纹 ；变形金属和锻模型腔之间的相对运动产生剧烈摩擦导致型腔的磨损；锻模承受较大的热负荷一方面使锻模型腔温度升高而软化 ，从而加剧了型腔的磨损和塑性变形 ，另一方面促使锻模反复升温和降温引起交变的内应力，导致产生热疲劳裂纹。锻模的热负荷主要来自热坯料放置在锻模上的相互接触和锤击坯料时锻模与坯料瞬间的加压接[5]。 热锻模的主要的失效形式有：变形、热疲劳、断裂、热磨损四种。 1、变形：高温条件下，毛坯与模具长期接触使用，模具出现软化导致塑性变形。具体表现为塌陷。工作载荷大、温度高的挤压和锻造模具，其凸起部位易产生此类缺陷。热锻模与约10000C左右高温金属较长时间接触,在高温、高压、高应力作用下服役，大量热量传到模面，虽经强制冷却，但模面仍可温升至约 500℃～65O℃，甚至更高，超过最终淬火后的回火温度，发生过度回火而软化至硬度 ≤3OHRC时，屈服强度急剧降低，外力易超过此 时模具材料屈服强度，便发生热锻模面压塌 、压堆、内陷、镦粗等塑性变形失效[7] 。2、 热疲劳：热疲劳裂纹是热锻模主要失效形式之一。热机械疲劳裂纹是热作模具常见的失效形式,由热机械疲劳龟裂导致的模具失效高达失效模具总数的60%~70%[8]。 热锻模服役时,模面表层金属与次