核心提示：研究了Co、Mo、W和V元素对新型镁合金压铸模具钢高温磨损性的影响。结果表明,当Co元素添加量为8%时,该模具钢的高温耐磨性最好。 基体中添加W元素可大幅提高镁合金压铸模具钢的高温耐磨性,添加Mo和V元素对镁合金压铸模具钢的高温磨损性能影响较小。
镁合金由于熔点低,流动性好以及较低的比热 容使得其铸件容易获得高的冷速,是一种非常适合 压力铸造的合金材料。 然而,由于铸造过程中的 热疲劳以及高温磨损会导致模具被破坏。 镁合金 压铸模具的高温耐磨性能是由模具钢内部合金元 素的分布决定的。 同时,模具钢中的热处理工艺对 模具钢元素的分布有较大的影响,最终决定镁合金 压铸模具钢的高温磨损性能。 因此,本文探讨了 合金元素对新型镁合金压铸模具钢高温磨损性能的影响。
1 实验
以废钢(0.2%C,1.5%Si)和生铁(4.3%C)为主要原 料,以低碳铬铁(0.25%C,60.00%Cr)、钼铁(55%Mo)、 钨铁(60%W)、硅铁(75%Si)、钒铁(55%V)以及钛铁(30%Ti)为添加剂原料研制新型镁合金压铸模具钢。实验所设计的镁合金压铸模具钢配方组成如表1所 示。采用中频感应电炉熔炼。当钢液达到熔炼温度 时,对钢液进行脱氧处理。并对其进行孕育、变质以及净化处理,采用砂型浇注试样。
试样均采用硅钼棒炉进行热处理,温度为1000 °C。 试样外涂覆抗氧化、防脱碳高温涂料进行保护。 模具钢试样的回火工艺在井式炉中进行。 采取的强韧化 热处理工艺为:预处理,淬火,一次回火,二次回火。 随后, 利用机械加工方法将铸造试样加工成标准试样。利用高温磨损实验机进行高温磨损实验,实验温度为 480 °C。采用称重法对试样磨损结果进行测试, 利用电子天平称量试样磨损前后的重量, 再求出磨 损重量损失 Δm,每次实验采用 5 个试样,结果取平 均值。实验一共进行了两次,重点考察了Co、Mo、V、W 共 4 种合金元素对所制备压铸模具钢高温磨损 性能的影响。 第一次和第二次实验环境均相同。 不 同的是两次实验所采取的磨盘硬度值发生了改变, 第一轮实验磨盘硬度为 50 HRC, 第二轮实验磨盘 的硬度为 65 HRC。
2 结果分析与讨论
2.1 Co 含量对模具钢高温磨损性能的影响
图1为镁合金压铸模具钢质量损失随Co含量的变化曲线。 可以看出, 当Co元素添加量在 0.65%~15.00%范围内变化时,镁合金压铸模具钢的 质量损失先降低后升高, 即耐磨性呈先升高后下降 的趋势。 并且当Co含量为 8%时,模具钢耐磨性达到最佳。
2.2 Mo、V对模具钢高温磨损性能的影响
Mo元素一般在钢的基体以均匀分布的弥散碳化物状态存在,这种状态有助于促进钢的硬化。而 V 元素的添加有利于 VC 弥散起到强化作用, 从而提高模具钢基体的硬度。图2为Mo和V元素对模具钢磨损性能的影响曲线图。 其中,A6、A7以及A8号 试样为去Mo和V试样。A1、A3以及A5为基础试 样。 可以看出,基础试样和去Mo和V试样的质量 损失均随着Co含量的增加呈现出先降低后升高的 趋势,即耐磨性先升高后降低,并且均在Co含量为 8%时达到最低。 然而,两者对比发现,基础试样的高 温耐磨性最好。 这同样也说明Mo和V元素的添加 可能会影响Co以及其它元素在模具钢中的分布, 进而影响压铸模具钢的高温耐磨损性能。
2.3 W 对模具钢高温磨损性能的影响
图3给出了W元素对模具钢磨损性能的影响结果。 可以看出,与未添加W元素试样(A9)相比,添加W元素试样(A6)的质量损失较低,而且低于同时 添加Mo和V的试样(A1)。这是因为,W元素的添 加使得其在基体钢中形成碳化物, 有助于基体韧性 的提高,同时还可形成耐磨相。综合分析可知,,在镁 合金压铸模具钢中添加W元素有助于提高模具钢 的高温耐磨性。
2.4 第二轮磨损实验Co、Mo、V、W对模具钢高温 磨损性能的影响
图4是第二轮高温磨损实验结果。可以看出,随着试样从A1变化至A9,模具钢的质量损失总体呈下降趋势。A1~A4试样的质量损失随Co元素添加量的增加而降低,当 Co元素添加量增加至 12%时, 压铸模具钢的质量损失降到最低。 而 Co元素添含量进一步增加至15%时, 模具钢试样A5的质量损 失又开始升高, 说明Co元素的添加量不能超过12%。A6~A8试样未添加Mo和V元素,其质量损失随Co元素添加量增加呈现先降后升的趋势,且当Co元素添加量为 8%时, 试样质量损失最低,即 A7 试样的高温耐磨性最好。未添加元素 Mo、W以及V的A9试样其质量损失高于 A7,证明合金元素 的添加有助于提高模具钢的高温耐磨性能。
3 结论
(1) 镁合金压铸模具钢中添加一定量的Co元素 有助于其高温耐磨性能的提高, 当Co含量为8%时模具钢高温耐磨性最好。
(2) 基体中添加W元素可大幅提高镁合金压铸 模具钢的高温耐磨性,添加Mo和V元素对镁合金 压铸模具钢的高温磨损性能影响较小。
