熱作模具鋼的熱疲勞性能是影響模具使用壽命的主要因素。對(duì)熱作模具鋼熱疲勞性能的研究現(xiàn)狀和評(píng)定方法進(jìn)行了闡述,分析了組織演變、裂紋萌生和擴(kuò)展對(duì)熱疲勞性能的影響。同時(shí)對(duì)影響熱疲勞性能的因素和改善熱疲勞性能的方法進(jìn)行了探討和總結(jié),并針對(duì)熱作模具鋼熱疲勞研究的趨勢(shì)進(jìn)行了展望。 

【文章來(lái)源】：金屬熱處理. 2020年09期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

H13熱作模具鋼不同熱疲勞循環(huán)次數(shù)后的碳化物形貌[25]

上海大學(xué)佟倩等[32]利用掃描電鏡研究了SDH3熱作模具鋼經(jīng)不同循環(huán)次數(shù)熱疲勞試驗(yàn)后的裂紋萌生和擴(kuò)展行為，并提出熱疲勞裂紋是在三叉晶界交匯處萌生，然后沿著晶界慢慢擴(kuò)展，如圖2所示。由圖2可知，三叉晶界交匯處的孔洞型缺陷，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而激發(fā)了該區(qū)域顆粒的位錯(cuò)源，通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)造成了晶界交匯處的軟化而優(yōu)先出現(xiàn)熱疲勞裂紋。有研究者認(rèn)為，由于模具表面溫度的驟冷驟熱使得其表面溫度變化較大，而心部溫度變化較小，表心溫差產(chǎn)生塑性變形從而出現(xiàn)裂紋[3,33]。也有研究者通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬得出:熱疲勞裂紋是在熱應(yīng)力的作用下而產(chǎn)生的，加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而冷卻時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而在熱疲勞循環(huán)中出現(xiàn)拉應(yīng)變與切應(yīng)變的循環(huán)[31]。Y10熱作模具鋼加熱和冷卻時(shí)沿徑向距離的熱應(yīng)力變化如圖3所示。該分布圖得出加熱時(shí)表現(xiàn)為壓應(yīng)力產(chǎn)生壓應(yīng)變，冷卻時(shí)拉應(yīng)力產(chǎn)生拉應(yīng)變，造成熱應(yīng)力分布不均。在熱循環(huán)過(guò)程中會(huì)由于熱應(yīng)力作用在表面產(chǎn)生柱狀裂紋并成軸向擴(kuò)展。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，柱狀裂紋慢慢粗化，并產(chǎn)生網(wǎng)狀分支，最終形成了熱疲勞裂紋[33]，因此熱作模具鋼表面熱疲勞裂紋的擴(kuò)展方向受熱應(yīng)力控制[20,33-34]。

有研究者認(rèn)為，由于模具表面溫度的驟冷驟熱使得其表面溫度變化較大，而心部溫度變化較小，表心溫差產(chǎn)生塑性變形從而出現(xiàn)裂紋[3,33]。也有研究者通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬得出:熱疲勞裂紋是在熱應(yīng)力的作用下而產(chǎn)生的，加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而冷卻時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而在熱疲勞循環(huán)中出現(xiàn)拉應(yīng)變與切應(yīng)變的循環(huán)[31]。Y10熱作模具鋼加熱和冷卻時(shí)沿徑向距離的熱應(yīng)力變化如圖3所示。該分布圖得出加熱時(shí)表現(xiàn)為壓應(yīng)力產(chǎn)生壓應(yīng)變，冷卻時(shí)拉應(yīng)力產(chǎn)生拉應(yīng)變，造成熱應(yīng)力分布不均。在熱循環(huán)過(guò)程中會(huì)由于熱應(yīng)力作用在表面產(chǎn)生柱狀裂紋并成軸向擴(kuò)展。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，柱狀裂紋慢慢粗化，并產(chǎn)生網(wǎng)狀分支，最終形成了熱疲勞裂紋[33]，因此熱作模具鋼表面熱疲勞裂紋的擴(kuò)展方向受熱應(yīng)力控制[20,33-34]。Klobcˇar等[35-36]對(duì)壓鑄模具鋼熱疲勞裂紋周?chē)M(jìn)行EDS分析，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)在裂紋處的氧元素含量明顯高于其它位置，并由此推斷裂紋表面因高溫氧化而形成氧化層，由于氧化層熱膨脹率低且脆性大，在裂紋尖端產(chǎn)生較大的應(yīng)力，促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱作模具鋼熱疲勞行為的研究現(xiàn)狀[J]. 王要利,宋克興,張彥敏.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2018(04)
[2]氮含量對(duì)熱作模具鋼4Cr5Mo2V熱疲勞性能的影響[J]. 張學(xué)友,左鵬鵬,何西娟,吳曉春.  金屬熱處理. 2017(01)
[3]H13鋼激光熔覆Co基涂層組織及熱疲勞性能[J]. 葉宏,雷臨蘋(píng),喻文新,閆忠琳.  強(qiáng)激光與粒子束. 2017(02)
[4]硬度對(duì)H13熱作模具鋼熱疲勞性能的影響[J]. 許書(shū)洋,左鵬鵬,吳曉春.  金屬熱處理. 2016(08)
[5]稀土元素Gd和Sc對(duì)H13模具鋼熱疲勞性能的影響[J]. 陳妍.  鑄造技術(shù). 2014(09)
[6]彈塑性疲勞裂紋擴(kuò)展行為的數(shù)值模擬[J]. 樊俊鈴,郭杏林.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2015(10)
[7]Mg對(duì)熱作模具鋼H13組織和力學(xué)性能的影響[J]. 王亮亮,李晶,李勇勇,寧博,譚兵,陳雪梅,張波.  特殊鋼. 2013(05)
[8]激光熔覆Ni-Cr-B-Si耐熱疲勞合金的組織與性能[J]. 張偉,石淑琴,陳云祥,鄭爐玉.  金屬熱處理. 2012(05)
[9]H13鋼低溫等離子滲氮層的熱疲勞性能[J]. 歸靜芝,閔永安,楊浩鵬,吳曉春.  金屬熱處理. 2012(04)
[10]新型熱作模具鋼的熱疲勞性能[J]. 周小平,胡心彬,江鋒.  金屬熱處理. 2011(01)

碩士論文
[1]疲勞裂紋閉合效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究[D]. 李學(xué)峰.西北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號(hào)：2933512