Effetto del trapano e del nichel sulla resistenza ai danni termici dell'acciaio per pressofusione 4Cr5Mo2V

4Cr5 Mo2V è un acciaio per pressofusione comunemente usato. Nel processo di pressofusione della lega di alluminio, a causa dell'erosione e dell'adesione dell'alluminio fuso, lo stampo subirà danni termici, come affaticamento termico e perdita di fusione termica, con conseguente diminuzione della sua durezza e persino guasto prematuro.

Per studiare se il nichel o la secchezza possono migliorare la resistenza al danno termico degli stampi per pressofusione in lega di alluminio, sono stati preparati blocchi di prova in acciaio 4Cr5 Mo2V e acciaio 4Cr5Mo2V contenenti 1% Ni e 1% Co (frazione di massa) e sono stati intarsiati dopo tempra e rinvenimento. Nello stampo fisso dello stampo per pressofusione, la lega di alluminio ADC12 con una temperatura di 800 è stata successivamente pressofusa da 200 a 1,000 volte e sono state esaminate la macromorfologia e la durezza superficiale del blocco di prova.

I risultati mostrano che dopo la pressofusione della lega di alluminio 1,000 volte, il blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V ha aderito all'alluminio in modo più rigoroso e ha prodotto pochissime crepe a rete; il blocco di prova in acciaio contenente Ni ha aderito leggermente all'alluminio e il blocco di prova in acciaio contenente Co ha aderito meno all'alluminio, indicando che il contenuto di 1% di acciaio Co 4Cr5Mo2V ha la migliore resistenza ai danni termici alle leghe di alluminio pressofuso. Inoltre, rispetto alla durezza prima della pressofusione della lega di alluminio, dopo 1,000 volte la pressofusione, la durezza superficiale dell'acciaio 4Cr5Mo2V, dei campioni di acciaio 4Cr5Mo2V contenenti nichel e a secco è diminuita di 2.8, 1.8 e 1.4 HRC, ovvero, leghe di alluminio pressofuse multiple. L'effetto negativo sulla durezza superficiale dell'acciaio 4Cr5Mo2V secco e contenente nichel è inferiore a quello dell'acciaio 4Cr5Mo2V, che è correlato all'effetto di rafforzamento della soluzione solida di Co e Ni, che è vantaggioso per migliorare la resistenza all'erosione del liquido di alluminio di lo stampo e rendere lo stampo meno suscettibile ai danni termici.

La pressofusione di leghe di alluminio è un processo complesso ad alta temperatura e alta pressione. Ci sono molti fattori che influenzano il danno termico (incluso affaticamento termico e perdita termica) delle prestazioni degli stampi per pressofusione in lega di alluminio. Tra questi, particolarmente importante è la composizione dell'acciaio per stampi a caldo.

In circostanze normali, è possibile evitare il guasto della pressofusione a causa di fessurazione e deformazione plastica. La rottura dello stampo è solitamente causata da un sovraccarico meccanico accidentale o da un sovraccarico termico, con conseguente forte concentrazione di sollecitazioni. La rottura precoce per fatica termica e la perdita di saldatura (danno termico superficiale) degli stampi per pressofusione sono le principali modalità di guasto e le due spesso si influenzano a vicenda. L'acciaio 4Cr5Mo2V è un acciaio per stampi per lavorazioni a caldo ampiamente utilizzato, con una buona resistenza all'usura e alla deformazione plastica. Il trapano e il nichel sono elementi di lega comunemente usati, che possono aumentare efficacemente la resistenza e la durezza dell'acciaio e avere un certo effetto sulla resistenza ai danni termici. Pertanto, vengono studiati acciaio 4Cr5Mo2V, 4Cr5Mo2V contenente 1% Ni e 1% Co (frazione di massa, la stessa sotto). La resistenza dell'acciaio ai danni dell'alluminio fuso è di grande importanza per guidare la produzione effettiva.

Tuttavia, la maggior parte dei metodi per studiare il danno termico dell'acciaio per pressofusione prima della bocca consiste nel simulare il riscaldamento e il raffreddamento. Il campione di acciaio per stampi non viene direttamente a contatto con l'alluminio fuso e non comporta l'effetto abrasivo dell'alluminio fuso, come il riscaldamento a induzione diretto del campione di acciaio per stampi. -UN. In questo documento, sono stati preparati blocchi di prova in acciaio per stampi a tre componenti e incorporati nello stampo di pressofusione per eseguire il test di pressofusione della lega di alluminio ADC12. Prestazioni di danneggiamento dell'alluminio fuso.

1. Materiali e metodi di prova

1.1 Materiali di prova

La composizione chimica dell'acciaio 4Cr5Mo2V, dell'acciaio 4Cr5Mo2V contenente l'1% di Ni (di seguito denominato acciaio 4Cr5Mo2V + Ni) e dell'acciaio 4Cr5 Mo2V contenente l'1% di Co (di seguito denominato acciaio 4Cr5Mo2V + Co) è mostrata nella Tabella 1. Il test è stato colata con ADC12 La composizione chimica della lega di alluminio è mostrata nella Tabella 2.

1.2 Metodo di prova

L'acciaio ricotto 4Cr5Mo2V, l'acciaio 4Cr5Mo2V + Ni e l'acciaio 4Cr5Mo2V + Co sono stati trasformati in blocchi di prova come mostrato nella Figura 1. Dopo la tempra sotto vuoto, sono stati temprati due volte, con una durezza di circa 47 HRC, e macinati finemente per rimuovere le incrostazioni di ossido.

Il numero di gruppo del blocco di prova è incorporato nella scanalatura dello stampo fisso e la cavità della lega di alluminio pressofuso è incastonata nello stampo mobile, come mostrato in Figura 2. Una macchina per pressofusione orizzontale a camera fredda da 500 t e uno stampo autoprogettato sono stati utilizzati per il test di pressofusione del foglio in lega di alluminio ADC12 e la lega di alluminio è stata riutilizzata. La temperatura dell'alluminio fuso è maggiore, 800°C, per accelerare la prova (generalmente la temperatura di pressofusione della lega di alluminio ADC12 è (650 120)°C). Poiché la temperatura dell'alluminio fuso è 800 , che non raggiunge il punto di fusione del composto intermetallico Fe-A1, il composto risultante esisterà nell'alluminio fuso come impurità dopo la caduta. L'uso ripetuto dell'alluminio fuso causerà anche l'aumento delle impurità e rafforzerà l'alluminio. L'effetto abrasivo del liquido, accelerando così il test.

Dopo la prova di pressofusione, è stato utilizzato uno stereomicroscopio per osservare il fenomeno di adesione dell'alluminio sulla superficie del blocco di prova; un microscopio ultra-profondità di campo è stato utilizzato per osservare ulteriormente il grado di adesione dell'alluminio e se c'erano crepe sulla superficie del blocco di prova.

2. Risultati e analisi dei test

2. 1 Morfologia di superficie del blocco di prova

2.1.1 Alluminio incollato alla superficie

La Figura 3 mostra la morfologia superficiale dei tre blocchi di prova in acciaio senza pressofusione e dopo 600,1000 volte di pressofusione. Si può vedere dalla Figura 3 (b, e, h) che dopo 600 volte di pressofusione, il blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V ha l'incollaggio di alluminio più grave.

Il blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V + Co si attacca al minimo di alluminio. La figura 3 (c, f, i) mostra che l'adesione dell'alluminio sulla superficie dei tre blocchi di prova è aumentata dopo 1,000 volte di pressofusione. La superficie del blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V ha un'evidente adesione dell'alluminio, mentre gli altri due blocchi di prova hanno una leggera adesione dell'alluminio. Il test dell'acciaio 4Cr5Mo2V + Co Il grumo di alluminio è il minimo e uniforme, indicando che l'acciaio 4Cr5Mo2V contenente diamante ha la migliore resistenza ai danni dell'alluminio liquido, mentre l'acciaio 4Cr5Mo2V è il peggiore. L'aggiunta di elementi trapano e nichel è utile per stabilizzare la durezza ad alta temperatura dell'acciaio per stampi 9-10 e la superficie non è facile da "ammorbidire" durante il contatto ripetuto con l'alluminio fuso, quindi la resistenza all'erosione dell'alluminio liquido è migliore e l'adesione dell'alluminio è lieve. Durante il test di pressofusione, l'alluminio fuso entra nella cavità per entrare in contatto con il blocco di prova e la struttura irregolare del blocco di prova, l'area del difetto di lavorazione e altre aree locali si attaccheranno leggermente all'alluminio. L'alluminio nell'area legata all'alluminio reagirà con l'acciaio per formare Fe.} Composto intermedio fragile di Al, che verrà rotto e sbucciato sotto la sgrassatura del liquido di alluminio ad alta pressione, con conseguente formazione di fosse sulla superficie dello stampo e altro ancora serio legame dell'alluminio sotto la raschiatura del liquido di alluminio.

2.1.2 Crepe superficiali

La Figura 4 mostra la morfologia della super profondità di campo di campioni di acciaio 4Cr5Mo2V, acciaio 4Cr5Mo2V + Ni e acciaio 4Cr5Mo2V + Co dopo 1,000 volte di pressofusione. Si può vedere dalla Fig. 4(a) che ci sono un piccolo numero di microfessure distribuite in una forma quasi netta sulla superficie del blocco di prova in acciaio 4 Cry Mot V. L'alluminio aderito e l'alluminio fuso reagiscono con l'acciaio per formare composti di Fe.} Al. Il coefficiente di espansione termica di Fe.} Al è diverso da quello della matrice, risultando in una quantità molto piccola di microfessure nell'alluminio aderito e Fe.} Al e nei composti. L'effetto abrasivo dell'alluminio fuso fa sì che le microfratture si propaghino e l'alluminio fuso penetra nella fessura e reagisce ulteriormente con la matrice per formare composti Fe 2 Al. Nel successivo processo di pressofusione ripetuto, i composti Fe.} Al sulla superficie del blocco di prova si staccano per formare fosse. Dopo il decapaggio e la pulizia ad ultrasuoni, la superficie del blocco di prova è apparsa simile alle caratteristiche di raschiatura del liquido di alluminio simile a una rete. La Figura 4 (b, c) mostra che non ci sono crepe nei blocchi di prova in acciaio 4Cr5Mo2V + Co e acciaio 4Cr5Mo2V + Ni, indicando che l'aggiunta di trapano all'1% o molibdeno può non solo ridurre l'adesione superficiale dell'alluminio, ma anche ridurre la tendenza alla fessurazione dello stampo e migliorare la resistenza all'alluminio Prestazioni ai danni da liquidi. L'aggiunta di elementi di formatura non in carburo di nichel e diamante può migliorare la durezza ad alta temperatura dello stampo e il diamante può anche promuovere la dispersione e la precipitazione del carburo di molibdeno durante il processo di rinvenimento e migliorare l'effetto di indurimento per precipitazione 'z-} 3. La ricerca di Ling Qian et al. ha dimostrato che l'aggiunta di elementi stabilizzanti austenite all'acciaio per pressofusione può ridurre la concentrazione delle sollecitazioni. Sia il trapano che il nichel sono elementi che espandono la zona dell'austenite, quindi le superfici degli stampi per pressofusione di acciaio 4Cr5Mo2V + Ni e acciaio 4Cr5Mo2V + Co non sono soggette a crepe.

L'alluminio fuso nell'attuale processo di pressofusione è molto resistente allo stampo. Secondo il diagramma di fase Fe-A1, i composti intermetallici Fe-Al formati dalla reazione di acciaio e alluminio fuso sono principalmente FeAlz, Fez A15, FeA13, ecc., Che sono fragili. La fase ricca di Al della lega di alluminio sarà staccarsi dalla matrice ed entrare nell'alluminio fuso sotto la raschiatura dell'alluminio fuso, lasciando delle fosse sulla superficie dello stampo. La combinazione di una parte della lega di alluminio e delle cavità dello stampo è relativamente forte e non si stacca, formando ulteriormente composti Fe A1. L'alluminio, Fe.} Al e i composti che vi aderiscono sono soggetti a microcricche durante il raffreddamento. Il foglio di pressofusione ha meno alluminio liquido, quindi si solidifica più velocemente e la reazione tra lo stampo e l'alluminio liquido è più lenta. Pertanto, la superficie del blocco di prova ha meno buchi a causa della reazione di Fe e Al e l'alluminio più appiccicoso viene prodotto dall'erosione del liquido di alluminio.

2. 2 Durezza superficiale

La tabella 3 è il valore medio della durezza superficiale dei tre blocchi di prova in acciaio per stampi dopo diversi tempi di pressofusione. I dati nella tabella 3 mostrano che la durezza superficiale dei tre tipi di blocchi di prova diminuisce leggermente. All'aumentare del numero di stampi per pressofusione, equivale a rinvenimenti ripetuti del blocco di prova, quindi la durezza diminuisce. Dopo 1,000 volte di pressofusione, la durezza del blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V + Co ha la diminuzione più piccola, che è 1.4 HRC; il blocco di prova in acciaio 4Cr5Mo2V ha la diminuzione più evidente.

Ovviamente è sceso di 2 HRC; la durezza superficiale del blocco di prova in acciaio 8Cr4Mo5V + Ni è diminuita di 2 HRC. La durezza stabile dello stampo è utile per ridurre l'adesione dell'alluminio, ovvero è utile resistere ai danni termici della pressofusione.

Dopo un lungo rinvenimento dell'acciaio per stampi, la martensite si decompone ei carburi secondari diventano più grossolani, con conseguente diminuzione della durezza superficiale. Sia il trapano che il nichel sono elementi formanti non in carburo, che possono sostituire gli atomi di Fe per rendere la soluzione solida in acciaio rafforzata da "5 a" 8, in modo che lo stampo abbia una maggiore resistenza alle alte temperature e mantenga una maggiore durezza dopo ripetuti rapidi riscaldamenti e raffreddamenti. La China Die Casting Association ha studiato la distribuzione degli elementi nell'acciaio Cr-Mo-V-Ni bonificato e ha scoperto che durante il processo di rinvenimento, gli elementi di Ni si arricchiscono attorno ai carburi, ostacolando così gli atomi di carbonio nella ferrite intorno i carburi La continua diffusione dei carburi aumenta l'energia di attivazione dell'ingrossamento del carburo, ostacola la crescita dei carburi, riducendo così il calo di durezza dell'acciaio 4Cr5Mo2V contenente nichel e migliorando la sua resistenza al danneggiamento dell'alluminio fuso.

La China Die Casting Association ha studiato la stabilità termica e i cambiamenti della microstruttura dell'acciaio per stampi con 1% di Ni e senza Ni, e ha scoperto che nella fase successiva del test di stabilità termica, il nichel rallenterà la durezza dell'acciaio per stampi, rendendo così l'acciaio meglio termicamente stabile Sesso. La perforazione è un elemento che espande la zona di fase dell'austenite. L'aggiunta di un trapano all'acciaio 4Cr5Mo2V può favorire la dissoluzione dei carburi durante il processo di austenitizzazione, aumentare il contenuto di carbonio dell'austenite e aumentare la stabilità dell'austenite, aumentando così l'austenite trattenuta La quantità di tensite e la durezza della martensite e il trapano può anche promuovere la dispersione e la precipitazione del carburo di molibdeno durante il processo di rinvenimento e migliorare l'effetto di indurimento per precipitazione z'-1.

L'effetto rinforzante del nichel e del trapano sulla matrice fa sì che il blocco di prova in acciaio per stampi abbia ancora una durezza superficiale più elevata dopo ripetute raschiature dell'alluminio fuso, in modo che sia più resistente all'erosione, il che è utile per migliorare la resistenza del blocco di prova al danneggiamento dell'alluminio fuso. Anche la durezza superficiale del blocco di prova e il grado di adesione dell'alluminio mostrano (vedi Figura 3, Tabella 3): Il blocco di prova in acciaio 4Cr5 Mo2V forato ha il minor numero di fosse superficiali e adesione dell'alluminio dopo 1,000 volte di pressofusione, ovvero, la resistenza ai danni da liquidi di alluminio è la migliore. Pertanto, l'effetto rinforzante dell'aggiunta dell'1% di Co all'acciaio è maggiore dell'aggiunta dell'1% di Ni, entrambi i quali contribuiscono a migliorare le prestazioni anti-danno dell'acciaio per stampi.

3.Conclusion

• Dopo aver pressofuso la lega di alluminio 1 000 volte, il campione di acciaio 4Cr5 Mo2V con trapano attacca il minimo di alluminio e il campione di acciaio 4Cr5Mo2V attacca la maggior parte dell'alluminio, ovvero l'acciaio 4Cr5 Mo2V con trapano ha la migliore resistenza ai danni termici.
• Dopo la pressofusione della lega di alluminio 1,000 volte, la durezza superficiale dei campioni di acciaio 4Cr5Mo2V, acciaio 4Cr5Mo2V +Ni e acciaio 4Cr5Mo2V + Co è diminuita di 2.8, 1.8 e 1.4 HRC, ovvero l'aggiunta di nichel o trapano può migliorare significativamente la resistenza ai danni termici di acciaio per pressofusione 4Cr5Mo2V.

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