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        拋噴丸機處理對W6Mo5Cr4V2高速鋼使用壽命的影響

        文章出處:青島華盛泰 編輯:pwj 發表時間::2017-10-22
        要:采用不同工藝對 W6Mo5Cr4V2 高速鋼進行了拋噴丸機處理,研究了其磨損性能、高溫氧化性能和熱疲勞性能。結果表明,拋噴丸機處理有利于提高 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的耐磨損性能、抗高溫氧化性能和抗熱疲勞性能,最佳拋噴丸機處理強度為 0.15 A,覆蓋面積優選為 300%。
        拋噴丸機處理對W6Mo5Cr4V2高速鋼使用壽命的影響
        拋噴丸機處理對W6Mo5Cr4V2高速鋼使用壽命的影響
          W6Mo5Cr4V2 高速鋼因其較高的硬度和較好的耐磨損性能,在冷鍛模、精沖模、粉末壓制模、拉模具、沖孔模、金屬切割鋸刃、擠出工具和冷鐓工具等領域應用廣泛[1~3]。 但隨著科學技術的發展和人們對產品性能需要的提升,W6Mo5Cr4V2 高速鋼已難以滿足復雜工況對其性能的需求,應用范圍受到一定的限制,迫切需要采用新的技術來提升高速鋼的性能和使用壽命[4,5]。 拋噴丸機處理是一種有效的表面強化處理技術。 本文研究了拋噴丸機處理對高速鋼耐磨損性能、 抗高溫氧化性能和抗熱疲勞性能的影響,提出了延長高速鋼使用壽命的較佳拋噴丸機處理工藝。


        1、實驗材料與方法: 
          實驗用 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的化學成分列于表 1。 拋噴丸機處理工藝列于表 2。
         
        表 1 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的主要化學成分 w(% )
         
        Tab.1 Chemical composition of the W6Mo5Cr4V2 steel
                       
        C W Mo Cr V Si Mn Fe
                       
        0.921 6.147 4.703 4.156 1.792 0.232 0.363 余量
         
        采用摩擦磨損試驗機對試樣的磨損性能進行
        測試。 磨損載荷為 100 N,磨輪轉速為 220 r/min,相


        表 2 拋噴丸機處理工藝參數
         
        Tab.2 Process parameters of shot peening
         
        試樣 拋噴丸機強度 表面覆蓋率 噴嘴距離 噴嘴與試樣法線夾角
         
        編號 /A (%) / mm / (°)
                 
        試樣 1 0.15 100 120 90
        試樣 2 0.15 200 120 90
        試樣 3 0.15 300 120 90
        試樣 4 0.20 300 120 90
                 
        試樣 5     未進行拋噴丸機處理  
                 
         
        對滑動速度為 90 mm/min,摩擦總轉數為 2 200 r,實驗溫度為室溫。 磨損過程中選用 0.5%重鉻酸鉀水溶液作為冷卻液。
         在恒溫箱式電阻爐中對試樣進行抗高溫氧化性能測試。首先,將試樣放入 105 ℃烘箱中保溫至恒重并記錄各試樣的質量, 并同時將裝試樣用的坩堝放入 520 ℃電阻爐中保溫至恒重。其次,將電阻爐溫度降至 500 ℃并恒溫,將各試樣放入坩堝中,并將放有試樣的坩堝置于電阻爐中進行 100 h 高溫氧化實驗。 隨后,每隔 10 h 再取出試樣并在干燥箱中冷卻至室溫后快速稱重并記錄。最后,繪制出各試樣的單位面積質量增重和時間的關系曲線, 以表征試樣的抗高溫氧化性能。
         采用高頻感應加熱爐進行抗熱疲勞性能測試。將試樣快速加熱至 550 ℃,再迅速取出,在 25℃流動水中冷卻 3 s,如此循環 1 000 次。 實驗完成后用緩蝕液清洗試樣表面,并除去表面水垢,用80 倍顯微鏡對試樣上感應加熱帶中心位置的裂紋進行觀察。

        2、實驗結果及討論:
        2.1、磨損實驗結果及討論:

         圖 1 為試樣抗磨損性能測試結果?梢钥闯,經過拋噴丸機處理 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的耐磨損性能明顯提高。 其中, 試樣 3 的磨損體積減小幅度最為明顯,與未進行拋噴丸機處理的試樣相比,試樣 3 的磨損體積從 0.071 mm3 減小至 0.021 mm3,減小了 70.42%。
         另外,在拋噴丸機強度一定的前提下,隨著表面覆蓋率的
        圖 1  試樣的磨損實驗結果
        圖 1  試樣的磨損實驗結果
          增加,W6Mo5Cr4V2 高速鋼的磨損體積逐漸減小,耐磨損性能逐漸提高。在表面覆蓋率一定的情況下,拋噴丸機強度增加,并沒有使 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的磨損體積減小、耐磨性增大。這主要是因為過高的拋噴丸機強度可能使 W6Mo5Cr4V2 高速鋼表面發生不必要的微變形,影響拋噴丸機效果。從提高耐磨性兼顧生產成本出發,W6Mo5Cr4V2 高速鋼拋噴丸機處理的優選拋噴丸機強度為 0.15 A,覆蓋面積為 300 %。
         
        2.2、高溫實驗結果與討論:
        圖 3  熱疲勞實驗后試樣的表面裂紋形貌
        圖 3  熱疲勞實驗后試樣的表面裂紋形貌
          圖 2 為試樣的高溫氧化測試結果?梢钥闯,噴丸處理可以明顯提高 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的抗高溫氧化性能。其中,試樣 3 的單位面積質量增重減小幅度最明顯, 與未進行拋噴丸機處理的試樣相比, 經過500 ℃×100 h 高溫氧化后, 試樣 3 單位面積質量增重從 95.8 μg/mm2 減小至 12.9 μg/mm2,減小了 86.53%。

        圖 2  試樣高溫氧化實驗結果(500 ℃)

        圖 2  試樣高溫氧化實驗結果(500 ℃)

        2.3、熱疲勞實驗結果及討論:
         圖 3 為試樣經過 1 000 次熱循環后的表面裂紋形貌。 可以看出,未進行拋噴丸機處理的 W6Mo5Cr4V2高速鋼表面裂紋最多,且最粗大。 經過拋噴丸機處理后,試樣的表面裂紋情況均有所減輕, 說明該高速鋼的抗熱疲勞性能得到了提高。其中,試樣 3 僅有少量細小的裂紋出現,抗熱疲勞性能最好。
         
        3、結論:
         拋噴丸機處理有利于提高 W6Mo5Cr4V2 高速鋼的耐磨損性能、抗高溫氧化性能和抗熱疲勞性能,延長高速鋼的使用壽命。 拋噴丸機處理可使高速鋼的磨損體積減小 70.42%,高溫氧化后單位面積質量增重減小86.53%,熱循環后表面裂紋變少變細。 最佳拋噴丸機處 影響 W6Mo5Cr4V2 高速鋼淬硬層理強度為 0.15 A,覆蓋面積為 300%。

        此文關鍵字:拋噴,丸機,處理,W6Mo5Cr4V2,高速鋼,使用,壽命,

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