Efeito da broca e do níquel na resistência a danos térmicos do aço fundido sob pressão 4Cr5Mo2V

4Cr5 Mo2V é um aço de fundição sob pressão comumente usado. No processo de fundição da liga de alumínio, devido à erosão e adesão do alumínio fundido, o molde sofrerá danos térmicos, como fadiga térmica e perda térmica do fundido, resultando em diminuição de sua dureza e até mesmo rompimento prematuro.

Para estudar se o níquel ou a secura podem melhorar a resistência ao dano térmico de moldes de fundição sob pressão de liga de alumínio, blocos de teste de aço 4Cr5 Mo2V e aço 4Cr5Mo2V contendo 1% de Ni e 1% de Co (fração de massa) foram preparados e embutidos após têmpera e têmpera. Na matriz fixa do molde de fundição sob pressão, a liga de alumínio ADC12 com uma temperatura de 800 ℃ foi subsequentemente fundida 200 a 1,000 vezes, e a macro morfologia e a dureza da superfície do bloco de teste foram examinadas.

Os resultados mostram que depois de fundir a liga de alumínio 1,000 vezes, o bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V aderiu ao alumínio de forma mais severa e produziu muito poucas rachaduras como rede; o bloco de teste de aço contendo Ni ligeiramente aderido ao alumínio e o bloco de teste de aço contendo Co aderido ao alumínio o menos, indicando que o teor de aço Co 1Cr4Mo5V a 2% tem a melhor resistência a danos térmicos para ligas de alumínio fundido. Além disso, em comparação com a dureza antes da liga de alumínio fundida, após 1,000 vezes a fundição, a dureza da superfície do aço 4Cr5Mo2V, espécimes de aço contendo níquel e seco 4Cr5Mo2V diminuiu em 2.8, 1.8 e 1.4 HRC, isto é, múltiplas ligas de alumínio fundido sob pressão. O efeito adverso na dureza superficial do aço 4Cr5Mo2V seco contendo níquel é menor do que o do aço 4Cr5Mo2V, que está relacionado ao efeito de fortalecimento da solução sólida de Co e Ni, que é benéfico para melhorar a resistência à erosão líquida do alumínio de o molde e torná-lo menos suscetível a danos térmicos.

A fundição sob pressão de liga de alumínio é um processo complexo de alta temperatura e alta pressão. Existem muitos fatores que afetam o desempenho do dano térmico (incluindo fadiga térmica e perda térmica) dos moldes de fundição sob pressão de liga de alumínio. Entre eles, a composição do aço da matriz para trabalho a quente é particularmente importante.

Em circunstâncias normais, a falha da matriz de fundição devido a rachaduras e deformação plástica pode ser evitada. A rachadura do molde é geralmente causada por sobrecarga mecânica acidental ou sobrecarga térmica, resultando em forte concentração de tensão. A rachadura por fadiga térmica precoce e a perda de soldagem (dano térmico da superfície) de moldes de fundição são os principais modos de falha e os dois freqüentemente afetam um ao outro. O aço 4Cr5Mo2V é um aço para moldagem a quente amplamente utilizado, com boa resistência ao desgaste e à deformação plástica. Broca e níquel são elementos de liga comumente usados, que podem efetivamente aumentar a resistência e dureza do aço e têm um certo efeito na resistência a danos térmicos. Portanto, o aço 4Cr5Mo2V, 4Cr5Mo2V contendo 1% de Ni e 1% de Co (fração de massa, o mesmo abaixo) são estudados. A resistência do aço aos danos do alumínio fundido é de grande importância para orientar a produção real.

No entanto, a maioria dos métodos para estudar o dano térmico do aço fundido sob pressão antes da boca é para simular o aquecimento e o resfriamento. A amostra de aço fundido não entra em contato direto com o alumínio fundido e não envolve o efeito de desgaste do alumínio fundido, como o aquecimento por indução direto da amostra de aço fundido. -UMA. Neste trabalho, blocos de teste de aço para molde de três componentes foram preparados e embutidos no molde de fundição sob pressão para realizar o teste de fundição da liga de alumínio ADC12. Desempenho de danos do alumínio fundido.

1. Materiais e métodos de teste

1.1 Materiais de Teste

A composição química do aço 4Cr5Mo2V, aço 4Cr5Mo2V contendo 1% de Ni (doravante referido como aço 4Cr5Mo2V + Ni) e aço 4Cr5 Mo2V contendo 1% de Co (doravante referido como aço 4Cr5Mo2V + Co) são mostrados na Tabela 1. O teste foi fundido com ADC12 A composição química da liga de alumínio é mostrada na Tabela 2.

1.2 Método de Teste

O aço 4Cr5Mo2V recozido, aço 4Cr5Mo2V + Ni e aço 4Cr5Mo2V + Co foram processados ​​em blocos de teste como mostrado na Figura 1. Após a têmpera a vácuo, eles foram revenidos duas vezes, com uma dureza de cerca de 47 HRC e finamente moídos para remover incrustações de óxido.

O número do grupo do bloco de teste é embutido na ranhura do molde fixo, e a cavidade da liga de alumínio fundido é colocada no molde móvel, como mostrado na Figura 2. Uma máquina de fundição sob pressão com câmara fria horizontal de 500 t e um molde auto-projetado foi usado para o teste de fundição da folha de liga de alumínio ADC12, e a liga de alumínio foi reutilizada. A temperatura do alumínio fundido é superior, 800 ° C, a fim de acelerar o teste (geralmente, a temperatura de fundição da liga de alumínio ADC12 é (650 120) ° C). Uma vez que a temperatura do alumínio fundido é 800 ℃, o que não atinge o ponto de fusão do composto intermetálico Fe-A1, o composto resultante existirá no alumínio fundido como impurezas após cair. O uso repetido do alumínio fundido também causará o aumento de impurezas e fortalecerá o alumínio. O efeito de lavagem do líquido, acelerando assim o teste.

Após o teste de fundição, um estereomicroscópio foi usado para observar o fenômeno de adesão do alumínio na superfície do bloco de teste; um microscópio de ultra profundidade de campo foi usado para observar melhor o grau de adesão do alumínio e se havia rachaduras na superfície do bloco de teste.

2. Resultados e análise do teste

2. 1 Morfologia da superfície do bloco de teste

2.1.1 Alumínio aderente à superfície

A Figura 3 mostra a morfologia da superfície dos três blocos de teste de aço sem fundição sob pressão e após 600,1000 vezes de fundição sob pressão. Pode ser visto na Figura 3 (b, e, h) que após 600 vezes de fundição sob pressão, o bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V apresenta a mais grave aderência de alumínio.

O bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V + Co adere ao mínimo de alumínio. A Figura 3 (c, f, i) mostra que a adesão do alumínio na superfície dos três blocos de teste aumentou após 1,000 vezes de fundição sob pressão. A superfície do bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V tem uma adesão de alumínio óbvia, enquanto os outros dois blocos de teste têm uma ligeira adesão de alumínio. O teste do aço 4Cr5Mo2V + Co O pedaço de alumínio é o mínimo e uniforme, indicando que o aço 4Cr5Mo2V contendo diamante tem a melhor resistência aos danos do alumínio líquido, enquanto o aço 4Cr5Mo2V é o pior. A adição de elementos de broca e níquel é benéfica para estabilizar a dureza de alta temperatura do aço da matriz 9-10, e a superfície não é fácil de "amolecer" durante o contato repetido com o alumínio fundido, então a resistência à erosão do alumínio líquido é melhor e a adesão do alumínio é leve. Durante o teste de fundição sob pressão, o alumínio fundido entra na cavidade para entrar em contato com o bloco de teste, e a estrutura irregular do bloco de teste, a área de defeito de usinagem e outras áreas locais irão aderir levemente ao alumínio. O alumínio na área ligada ao alumínio reagirá com o aço para formar Fe.} Composto intermediário quebradiço de Al, que será quebrado e descascado sob a lavagem do líquido de alumínio de alta pressão, resultando em poços na superfície do molde e muito mais ligação séria de alumínio sob a lavagem do líquido de alumínio.

2.1.2 Trincas de superfície

A Figura 4 mostra a superprofundidade da morfologia de campo do aço 4Cr5Mo2V, aço 4Cr5Mo2V + Ni e amostras de aço 4Cr5Mo2V + Co após 1,000 vezes de fundição sob pressão. Pode-se observar na Fig. 4 (a) que há um pequeno número de microfissuras distribuídas em uma forma quase líquida na superfície do bloco de teste de aço 4 Cry Mot V. O alumínio aderido e o alumínio fundido reagem com o aço para formar compostos de Fe.} Al. O coeficiente de expansão térmica do Fe.} Al é diferente daquele da matriz, resultando em uma quantidade muito pequena de microfissuras no alumínio e Fe.} Al e nos compostos aderidos. O efeito de lavagem do alumínio fundido faz com que as microfissuras se propaguem, e o alumínio fundido penetra na rachadura e reage posteriormente com a matriz para formar compostos de Fe 2 Al. No processo de fundição sob pressão repetido subsequente, os compostos de Fe.} Al na superfície do bloco de teste descolam para formar poços. Após decapagem e limpeza ultrassônica, a superfície do bloco de teste parecia semelhante às características de lavagem com líquido de alumínio semelhante a uma rede. A Figura 4 (b, c) mostra que não há rachaduras nos blocos de teste de aço 4Cr5Mo2V + Co e aço 4Cr5Mo2V + Ni, indicando que a adição de 1% de broca ou molibdênio pode não apenas reduzir a adesão superficial do alumínio, mas também reduzir a tendência de rachadura do molde e melhora a resistência do alumínio Desempenho de danos de líquido. A adição de elementos formadores de níquel e diamante não carboneto pode melhorar a dureza do molde em alta temperatura, e o diamante também pode promover a dispersão e precipitação do carboneto de molibdênio durante o processo de revenido e aumentar o efeito de endurecimento por precipitação 'z-} 3. A pesquisa de Ling Qian et al. mostrou que a adição de elementos estabilizadores de austenita ao aço fundido sob pressão pode reduzir a concentração de tensões. Tanto a broca quanto o níquel são elementos que expandem a zona de austenita, portanto, as superfícies do molde de fundição sob pressão de aço 4Cr5Mo2V + Ni e 4Cr5Mo2V + Co não são propensas a rachaduras.

O alumínio fundido no processo real de fundição é muito forte contra o molde. De acordo com o diagrama de fases Fe-A1, os compostos intermetálicos Fe-Al formados pela reação de aço e alumínio fundido são principalmente FeAlz, Fez A15, FeA13, etc., que são frágeis. A fase rica em Al da liga de alumínio será romper a matriz e entrar no alumínio fundido sob a lavagem do alumínio fundido, deixando buracos na superfície do molde. A combinação de parte da liga de alumínio e as cavidades do molde é relativamente forte e não cai, formando ainda compostos de Fe A1. O alumínio, Fe.} Al e os compostos aderidos a ele são propensos a microfissuras durante o resfriamento. A chapa fundida tem menos alumínio líquido, por isso se solidifica mais rápido e a reação entre o molde e o alumínio líquido é mais lenta. Portanto, a superfície do bloco de teste tem menos poços devido à reação de Fe e Al, e mais alumínio pegajoso é produzido pela erosão do líquido de alumínio.

2. 2 Dureza de Superfície

A Tabela 3 é o valor médio da dureza superficial dos três blocos de teste de aço moldado após diferentes tempos de fundição sob pressão. Os dados da Tabela 3 mostram que a dureza da superfície dos três tipos de blocos de teste diminuiu ligeiramente. À medida que o número de moldes de fundição sob pressão aumenta, é equivalente a revenidos repetidos do bloco de teste, portanto, a dureza diminui. Após 1,000 vezes de fundição sob pressão, a dureza do bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V + Co tem a menor redução, que é 1.4 HRC; o bloco de teste de aço 4Cr5Mo2V tem a diminuição mais óbvia.

Obviamente, caiu 2 HRC; a dureza da superfície do bloco de teste de aço 8Cr4Mo5V + Ni caiu em 2 HRC. A dureza estável do molde é benéfica para reduzir a aderência do alumínio, ou seja, é benéfica para resistir aos danos térmicos da fundição sob pressão.

Após um longo revenido do aço da matriz, a martensita se decompõe e os carbonetos secundários se tornam mais grosseiros, resultando em uma diminuição na dureza da superfície. Tanto a broca quanto o níquel não são elementos formadores de carboneto, que podem substituir os átomos de Fe para fazer com que a solução sólida de aço se fortaleça de '5 a' 8, de modo que o molde tenha maior resistência a altas temperaturas e mantenha maior dureza após repetidos e rápidos aquecimento e resfriamento. A China Die Casting Association estudou a distribuição do elemento no aço Cr-Mo-V-Ni temperado e revenido e descobriu que, durante o processo de têmpera, os elementos de Ni serão enriquecidos em torno dos carbonetos, impedindo assim os átomos de carbono na ferrita ao redor os carbonetos A difusão contínua dos carbonetos aumenta a energia de ativação do engrossamento do carboneto, impede o crescimento dos carbonetos, reduzindo assim o declínio da dureza do aço 4Cr5Mo2V contendo níquel e melhorando sua resistência aos danos do alumínio fundido.

A China Die Casting Association estudou a estabilidade térmica e as mudanças na microestrutura do aço da matriz com 1% de Ni e sem Ni, e descobriu que na fase posterior do teste de estabilidade térmica, o níquel diminuirá a dureza do aço da matriz, tornando assim o aço é melhor termicamente estável. A perfuração é um elemento que expande a zona de fase de austenita. Adicionar broca ao aço 4Cr5Mo2V pode promover a dissolução de carbonetos durante o processo de austenitização, aumentar o teor de carbono da austenita e aumentar a estabilidade da austenita, aumentando assim a austenita retida, a quantidade de tensita e a dureza da martensita, e a broca também pode promove a dispersão e precipitação do carboneto de molibdênio durante o processo de revenido e aumenta o efeito de endurecimento por precipitação z'-1.

O efeito de fortalecimento do níquel e da broca na matriz faz com que o bloco de teste de aço da matriz ainda tenha uma dureza superficial maior após a limpeza repetida do alumínio fundido, de modo que seja mais resistente à erosão, o que é benéfico para melhorar a resistência do bloco de teste ao dano do alumínio fundido. A dureza da superfície do bloco de teste e o grau de adesão de alumínio também mostram (ver Figura 3, Tabela 3): O bloco de teste de aço 4Cr5 Mo2V perfurado tem os menores poços de superfície e adesão de alumínio após 1,000 vezes de fundição, isto é, a resistência aos danos do alumínio líquido é a melhor. Portanto, o efeito de reforço da adição de 1% de Co ao aço é maior do que da adição de 1% de Ni, ambos os quais conduzem a melhorar o desempenho de danos anti-alumínio do aço moldado.

3.Conclusion

• Após fundir a liga de alumínio 1 000 vezes, a amostra de aço 4Cr5 Mo2V com broca adere menos alumínio e a amostra de aço 4Cr5Mo2V adere mais alumínio, ou seja, o aço 4Cr5 Mo2V com broca tem a melhor resistência a danos térmicos.
• Após a fundição da liga de alumínio 1,000 vezes, a dureza da superfície do aço 4Cr5Mo2V, aço 4Cr5Mo2V + Ni e espécimes de aço 4Cr5Mo2V + Co diminuiu em 2.8, 1.8 e 1.4 HRC, ou seja, a adição de níquel ou broca pode melhorar significativamente a resistência a danos térmicos de aço fundido 4Cr5Mo2V.

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