s136磨具钢,深冷处理后SKD11钢组织与冲击磨料磨损机理研究

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　　摘 要 运用体视显微镜、扫描电子显微镜、硬度仪和冲击试验仪观查并尝试了热处理 深冷处理 回火处理（通称“深冷处理”）后SKD11钢的显微组织、硬度和冲击特性，运用MLD-10型载荷磨损试验仪检测了这一加工工艺下SKD11钢的冲击磨料磨损特性，并且对冲击磨料磨损的原理展开了深入分析。分析表明：深冷处理后SKD11钢的机构由隐晶奥氏体、残余奥氏体和不同种类渗碳体构成，渗碳体包含碳化物渗碳体、未熔渗碳体和斑点状渗碳体。深冷处理SKD11钢硬度为59.2 HRC，无空缺试样的冲击功大约为16 J。在冲击磨料磨损试验中，深冷处理的SKD11钢磨损量随磨损时长类似呈线形提升，在其探索的磨损期限内，深冷处理后SKD11钢前期磨损原理大多为外部经济钻削磨损和数次形状变化磨损，后期磨损原理大多为应变力疲惫磨损。

　　关键字 SKD11钢；深冷处理；显微组织；冲击延展性；冲击磨料磨损

　　磨损、破裂和形状变化是磨具无效的3种具体方式，在其中磨损在磨具无效中所占比例较大[1]，但在磨损环节中磨砂颗粒磨损是比较常见的磨损方式，冲击磨料磨损是磨砂颗粒磨损中的一种特殊方式，冲击磨料磨损环节中既存有冲锤的冲击功效，又存有磨砂颗粒的磨损功效，为了保证模具钢抗冲击磨料磨损特性，从模具零件表面改性[2]、成份调节[3]、热处理方法改善[4]等方面进行探寻，研究发现选用深冷处理能提高模具钢的耐磨性能[5]。

　　以轻载场所常用的SKD11钢为研究主体，剖析深冷处理加工工艺SKD11钢的机构与其说冲击磨料磨损特性相互关系，并探寻SKD11钢在冲击磨料磨损条件下的磨损原理，为SKD11钢的实际应用提供参考。

　　实验所使用的SKD11钢成分见表1所显示，其原成品尺寸为220 mm×60 mm×10 mm，实验时对原试样开展热处理 深冷处理 回火处理（通称“深冷处理”），其热处理方法为：先把试样放进ZKL-06010型双室燃气淬真空烧结炉内进行真空处理，真空值为2.5 Pa，在700~750 ℃加热1 h，再加热至1 010 ℃后隔热保温1 h，油淬后马上放进温度为-80~-70 ℃的SL-600型制氢罐里，维持4 h后取下试样使之冷却到室内温度，然后再进行200 ℃的回火处理[6]。

　　运用线切割机激光切割10 mm×10 mm×30 mm的试样，选用zeiss体视显微镜观查深冷处理后试样的合金成分，选用HRSS-150型表面洛氏硬度计在被测试样表面挑选5个不同之处开展硬度值的测量，计算平均值为更后硬度值。

　　冲击实验试样规格依照GB/T 229—1984规范，选用线切割机激光切割10 mm×10 mm×55 mm无空缺试样，为确保试验结果准确性，取3个试样冲击功的均值做为更后冲击功[7]。

　　冲击磨料磨损实验在图1所示的MLD-10型载荷磨损试验仪中进行，上试样为深冷处理后SKD11钢，尺寸为10 mm×10 mm×30 mm，下试样为环形的GCr15钢，强度为62 HRC，磨料为400目地棕刚玉砂，实验常用冲击功为4.5 J，试验仪的冲击工作频率为60次/min[6]。试验中，冲击锤往复自由落体运动，推动试样碰撞试样环表层，磨料从试样边上的砂桶注入，并且对上、下试样部位进行冲洗。运用精密度为0.1 mg的电子分析天平各自测量试样在2、4、6、8、10 h磨损前后品质，选用透射电镜（SEM）观查SKD11钢深冷处理后机构、断裂面外部经济特点及冲击磨料磨损后表面形貌。

　　2.1 SKD11钢深冷处理后组织分析

　　为进一步把握深冷处理后不同种类渗碳体物质组成及分别所占比例，对试样里的渗碳体开展能谱分析。由图3能够得知，球形和条形渗碳体中都带有C 、Fe、Cr、V4元素表，在斑点状渗碳体里没有V原素，依据表2中各元素的原子百分数能够计算出来球形和条形渗碳体中可能为Cr7C3、VC、 (Fe，Cr)3C，斑点状渗碳体为Cr7C3、(Fe，Cr)7C3。

　　2.2 SKD11钢深冷处理后冲击性能及断口形貌 剖析

　　表3所显示为SKD11钢深冷处理后冲击破裂时3个试样所测得的冲击功，从均值能够得知，深冷处理后SKD11钢破裂后的冲击消化吸收功比较低，主要是因为SKD11钢中奥氏体基材和周围的渗碳体颗粒物太多，使晶体内部结构和晶界应力矩平衡受影响，减少了SKD11钢在冲击时所吸收动能。为进一步分析SKD11钢试样在深冷处理后破裂原理，对此进行了SEM断口形貌观查，由图4断口形貌能够得知，横断面上存在一定总面积且大小不一的解理，解理呈中小型凹盆状遍布，而撕破棱和韧窝占比小，因而可以知道SKD11钢的冲击破裂方式为标准解理断裂。

　　2.3 SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损结论及 机理研究

　　图5图示为SKD11钢深冷处理后试样冲击磨料磨损量和磨损时长之间的关系曲线图。冲击功为4.5 J时，在其探索的磨损期限内，试样的磨损量和磨损时长正相关，但6 h后曲线斜率略有扩大。这就意味着试样在承担冲击磨料磨损的过程当中，在各个阶段其磨损原理很有可能产生变化。

　　能够更详细分析SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损原理，需进一步观查磨损面外部经济外貌。图6所显示为深冷处理后SKD11钢冲击磨料磨损4 h后磨损面SEM外貌，由图6（a）能够得知，试样磨损表面存有箭头符号所示的硬质的相凸起状况，同时使用硬质的相断裂的解理[8]，这类外貌的诞生主要是因为SKD11钢中小块和球形渗碳体阻拦显微镜钻削和形状变化，形成了“浮雕图案”外貌，而大块碳化物渗碳体因为延性大且产生破裂，发生图6（a）所示的光洁解理。

　　由图6（b）能够得知，在犁沟的排水沟处存在一定且不规则形状变化，而犁沟两边的原材料被引向两侧，可是未摆脱基材，这种被引向两边和前面且不造成切削的体积被称作犁皱[9]，如下图6（b）中圆形所显示。所使用的棕刚玉颗粒物硬度在9.2~9.5在冲击磨砂颗粒磨损的过程当中，SKD11钢深冷处理后的硬度均值为59.2 HRC，所以在冲击磨料磨损的过程当中，一方面硬棕刚玉颗粒物在冲击力的作用下可能压进SKD11钢试样表层，另一方面磨料很有可能顺着试样表层做径向挪动，产生犁沟，从而产生切削。当后续磨料数次根据同一点时，会导致更多原材料被引向犁沟的两边或前面，产生犁皱，在遭遇此后的磨砂颗粒功效时，排水沟的原材料很有可能再次出现犁沟变型，被引向两侧的凸起一部分有可能被铺平或再次沉积，如此循环形状变化，进而导致原材料产生冷作硬化或其它增强作用下造成脱落成为磨屑[8]。因而，SKD11钢深冷处理之后在较短时间内的磨损原理为外部经济钻削磨损和数次形状变化磨损。

　　图7所显示为SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损8 h后SEM外貌，由图7能够得知，这时磨损面部分存有箭头符号和圆形所示的犁皱、凿削印痕及其表面裂纹，可是犁皱、凿削所占比例并不大，磨损表面主要存在表面原材料脱落后留下来的脱落坑。这类脱落坑的产生是由于磨砂颗粒在冲击力的作用下，使表层留有冲击痕，表层金属材料在冲击磨砂颗粒反复作用下大幅度变型硬底化并开裂，进而导致脱落产生磨屑，这类不断形状变化所引起的磨损称之为应变力疲惫磨损[10]。因而，SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损原理中后期大多为应变力疲惫磨损。

　　通过实验剖析，SKD11钢深冷处理后机构由隐晶回火马氏体、渗碳体和残余奥氏体构成，渗碳体上存在不规则碳化物渗碳体、球形的未熔渗碳体及其颗粒的渗碳体；SKD11钢深冷处理后均值强度为59.2 HRC，常温状态无空缺试样的冲击功大约为16 J，冲击断裂的方法为标准解理断裂；在冲击功为4.5 J下，在其探索的磨损期限内，SKD11钢深冷处理后磨损量和磨损时长正相关，在较短时间内的磨损原理为外部经济钻削磨损和数次形状变化磨损，后期冲击磨料磨损原理大多为应变力疲惫磨损。

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