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镁对D2冷作模具钢夹杂物及性能影响的研究

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摘要

第1章引言

2.1.1 D2钢的介绍

2.1.2国内冷作模具钢的发展现状及问题

2.1.3 D2钢的应用情况

2.2镁在钢中的作用

2.2.1镁的基本性质

2.2.2镁净化钢液的作用

2.2.3镁对钢组织及性能的影响

2.3加压技术在炼钢中应用

2.3.1国外加压炼钢技术的研究概况

2.3.2国内加压炼钢技术的研究概况

2.3.3加压冶炼的理论研究进展

2.4文献总结

2.5本课题的研究目的和意义

2.6本课题的主要研究内容

第3章加压下镁对D2模具钢洁净度的影响

3.1实验钢的冶炼

3.1.1实验材料的准备

3.1.2压力的确定和配料计算

3.1.3冶炼工艺

3.2分析方法

3.3加压下镁对D2模具钢夹杂物的影响

3.3.1加压下镁对D2模具钢全氧含量的影响

3.3.2加压下镁对D2模具钢显微夹杂物的影响

3.4加压下D2模具钢中镁作用的热力学

3.4.1热力学分析

3.4.2 Mg处理对钢中Al2O3夹杂变性影响的热力学计算

3.5加压下D2模具钢中镁作用的动力学探讨

3.5.1镁在钢液中的溶解度

3.5.2镁的蒸汽压

3.5.3不同尺寸夹杂物的上浮速度

3.6本章小结

第4章加压下镁对D2钢组织和碳化物的影响

4.1铸锭的锻造工艺

4.2钢锭的球化退火工艺

4.3实验结果

4.3.1加压下镁对铸态组织的影响

4.3.2铸态碳化物形貌和分布

4.3.3退火态碳化物形貌和分布

4.4 D2模具钢中碳化物的析出规律

4.5镁对碳化物作用的机理分析

4.6本章小结

第5章加压下镁对D2模具钢力学性能的影响

5.1实验材料及内容

5.2退火态试样的高温拉伸实验分析

5.3淬回火态试样的常温拉伸实验分析

5.4本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献

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摘要

D2冷作模具钢是国际上应用最广泛和最具代表性的一种冷作模具钢。国产高等级模具钢与国际先进水平还有一定的差距,导致我国每年有40%以上的中、高档模具必须从国外进口。为了开发高等级的D2模具钢,本课题采用加压条件下向钢中添加微量镁元素,系统地研究了镁对钢中夹杂物、碳化物和性能的影响。 本实验首先研究了加压条件下加镁对D2钢进行变质处理时,钢中镁含量的变化规律。结果表明,当镁的实际加入量相同时,钢中镁的留存量随着压力的增加而增加,说明增加压力有效地促进了镁在钢中的溶解。 对实验过程中夹杂物及碳化物研究发现,采用镁对D2钢进行变质处理时,可以将钢中氧含量降到很低的水平。D2钢镁变质处理后生成了大量的2μm左右的MgO·Al2O3及MgS夹杂物,同时生成了3~5μm的以含镁夹杂物为核心的复合夹杂物。夹杂物当量直径小于2μm的比例提高,平均直径减小,钢中夹杂物的面积百分数下降。经镁变质处理的D2钢,铸态组织得到细化,粗大的一次枝晶数量减少。同时铸态钢中碳化物分布更加均匀,网状结构被打断,基体的连续性增加。球化退火后碳化物整体细化,小尺寸碳化物的比例高,碳化物弥散分布,减少异常大尺寸碳化物。 镁对D2冷作模具钢变质处理后,钢的高温强度没有明显变化,而在相同的温度下,模具钢的热塑性随着镁的质量分数的增加而提高。 镁对D2模具钢性能影响的研究结果表明,镁能够显著提高淬回火态的D2钢的常温机械性能,强度和硬度都有明显的提高。经镁变质处理的钢断口夹杂物以MgO·Al2O3和MgO-Al2O3-SiO2-CaO为主,尺寸较小,形状接近球形;撕裂岭上碳化物由棱形转变为球形或近似球形,提高了钢的韧性。

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