材料成型及控制工程开题报告-稀土对5Cr5MoVAl组织及性能的影响

1、.吉林大学本科生毕业论文开题报告书课题名称 ：稀土对5Cr5MoVAl组织及性能的影响 学 院： 材料科学与工程学院 专 业 ：材料成型与控制工程 班 级： 11级13班 学 号： 43111309 姓 名：比拉力·依米提 指导教师: 宋雨来 副教授1. 研究背景 1.冷作模具钢概述及其在汽车行业的应用 冷作模具钢作为常温下进行机械加工的主要材料为我国制造业的发展提供重要的支持。随着模具产业的迅速发展，我国的冷作模具钢产品种类有所增长，但是在冶炼、加工及热处理方面还存在问题，使得模具钢的寿命较低。冲压、冷镦、冷挤压等模具主要选用冷作模具钢作为制造原料。传统冷作模具钢属于过共析钢或者莱

2、氏体钢，碳含量比较高，为了满足实际应用所需要的高硬度、高耐磨性、高韧性必须经过合适的热处理及合金化作用才能达到生产需要。合金化过程组织的变化，及碳化物形态、分布等对模具的质量有直接影响，适当的热处理工艺能减少组织应力，优化组织的均匀性。因此良好的成分配比和合适的热处理工艺已经成为模具钢发展的主要方向，针对以上介绍分析国内外冷作模具钢的研究发展。2.国内外冷作模具钢的研究进展：(1) 国外冷作模具钢熟练的技术、复杂的工艺使得国外的冷作模具钢研究处于优势地位。模具的多样化、复杂化以及对模具材料研究的全面性，能生产出满足不同场合的产品。常用的有：高韧性高耐磨冷作模具钢，火焰淬火冷作模具钢，粉末冶金冷

3、作模具钢，低合金空淬微变形冷作模具钢10, 11。(2) 国内冷作模具钢目前国内常用的冷作模具钢主要为高碳高铬型冷作模具钢，虽然能满足硬度和耐磨性要求，但是由于组织的缺陷导致韧性不良。组织的缺陷主要是由于冶炼水平以及钢液不纯净，使得在浇注过程中碳化物偏聚造成的12。与国外高质量的模具钢相比，国内的模具钢成分波动很大，很难精确生产高质量的模具。实验条件下的优良钢种很难在实际生产中发挥作用，不能转化为实际的生产力，从而造成科研实力与实际生产关系的脱节也是国内模具钢发展面临的问题。为了提高竞争力需要严格控制生产过程，利用先进生产设备和理论生产新钢种，提高科研产业转化水平成为亟待解决的问题。3.冷作模

4、具钢性能指标在室温下对各类材料进行压力加工的冷作模具钢大多属于最终产品，因此在实际生产中必须保证能够承受高载荷，高精度以及良好的表面。通常选用的冷作模具钢要求必须具有高硬度、高耐磨性、高韧性等良好的机械性能，同时保证模具钢在加工、切削以及锻造方面同样具有优势。二选题的目的与意义模具是制造产业实现大批量化生产的重要成型工具，是制造业不可缺少的重要生产工具，通常模具生产水平的高低，直接决定着企业生产水平的高低，同样可以反应出是一个国家制造业水平的高低。据相关的统计，在汽车制造业，轮船制造业，航空、机电产品以及家用电器等行业，大约70%左右的零部件都是由模具来加工完成的，并且制造模具的费用在占总成本

5、的费用比例很高，可达到1530%左右，模具制造水平的优良好坏将直接影响最终产品的质量，大多数批量化生产的工业产品的质量以及生产效率的快慢，生产成本的高低和新产品开发的速度，都在很大程度上制约于模具本身的精度、模具的质量、生产的周期、模具开发的成本和模具的服役寿命等等，所以模具制造业的水平已经在国内和国外引起了相当大的重视。模具钢作为重要的模具材料，其制造水平和质量不仅决定了模具的使用寿命，更关系到制造生产过程的连续性和廉价性，而模具材料，尤其是模具钢材料的质量便是提升模具质量所要解决的首要问题。而我国的模具钢从完全依赖进口，到仿照别人的材料，到自己有能力独立的研发，可以说发展还是及其迅速的，无

6、论在模具钢的生产工艺上、模具钢材的种类还是质量等方面都始终在向前迈步。通常根据模具钢的工作条件可以将模具钢大致分为三个主要的类型，热作模具钢、塑料模具钢和冷作模具钢。冷作模具钢是在温度较低的状态或室温状态下对材料进行冷加工成型的一种模具钢材料，本课题所研究开发的钢种即属于一种冷作模具钢。通常对于一些制造汽车的企业来说，开发用于生产汽车的大型覆盖件模具通常属于尖端技术。在过去，大型冲压件模具-般采用锻造合金模具钢组合制作，这种方法比较传统也得到了广泛的应用和推广，但是它存在原材料的费用高、制造过程工序较复杂、生产的周期长、加工费用昂贵且在最后的安装组合过程中精度不够高等诸多的缺点。因此，以新型的

7、铸造合金模具钢去代替传统锻造合金模具钢，用来生产汽车等大型覆盖件的模具已经是目前国内和国外研发的一种必然的趋势。但是汽车大型覆盖件的铸造模具的凝固过程原理复杂，工艺优化比较困难，且它的尺寸通常较大，研发周期也很长，技术支持一直是一个难点，它的制造生产技术一直是国内和国外很多的大型汽车集团和公司研究、开发和生产的重点和难点。所以，适应国内国外模具市场的竞争，研发中型和大型的覆盖件模具以及其迅速生产制造的技术，解决限制它的研发速度的关键环节是一个经济以及社会效益十分显著的工作，有很大的意义，本课题研究的目的正是开发具一种有较高的硬度、较高的耐摩擦性，同时兼有一定程度韧性的新型铸造冷作模具钢材料。3

8、. 研究内容研究内容 (1) 铸造模具钢的成分设计及热处理工艺优化 利用稀土元素（Gd）对钢液的净化和组织的改性，浇注成Y型试样，通过设计不同成分配比的稀土含量，经过不同的热处理之后综合对比热处理工艺与成分，对比分析满足硬度60HRC，抗拉强度950MPa的试样，确定最佳的稀土含量和热处理条件。(2) 模具钢不同热处理条件下稀土元素对组织状态影响 试样浇注完成之后，观察试样中稀土夹杂物的存在形式以及铸态、退火态、淬火态和回火态的微观形貌，分析稀土元素对模具钢组织的影响。分析组织中存在的大尺寸稀土夹杂的形成机理。(3) 模具钢力学性能研究分别对不同成分、不同热处理条件下的试样进行硬度测试，分析最

9、佳的成分及热处理条件。成分和热处理优化之后，硬度满足需要的一组热处理下的铸件，对其进行拉伸试验和冲击试验，对比未添加稀土试样，比较稀土元素对模具钢韧性的提高程度，观察试样断口分析断裂机理。4 主要的研究方法 1.硬度检测 本实验用钢对其硬度具有一定的要求，因此首先对铸造模具钢进行硬度检测，进而评价稀土添加在不同热处理条件下对硬度是否有一定的促进作用。对退火态的试样进行布氏硬度测量，布氏硬度主要是根据压头在材料表面的压痕深度决定的，测量点为五个。本实验采用球形压头，计算公式为：F:压头压力(N); D:球压头直径(mm) ;d:压痕平均直径(mm)利用HR-150A洛氏硬度仪对铸态、淬火态及回火

10、态的铸造模具钢进行硬度测量，测量点选择5个，记录各热处理条件下试样的硬度。2.抗拉强度利用MTS电液伺候材料试验系统拉伸试验机测量在最佳热处理条件范围内，不同稀土添加量下满足硬度60HRC的试样的抗拉强度与稀土添加量的关系。每个热处理条件下，每个成分的试样制备三个拉伸试样。选择Y型试样最底部试样，利用线切割切出如图2.4所示的拉伸试样截面图，厚度为2mm。经过线切割的拉伸试样表面统一采用磨床进行切痕的去除，保证试样的尺寸精确。3.冲击韧性通过对不同热处理条件下，不同稀土添加量时铸造模具钢韧性的改变，分析不同热处理条件下，随稀土含量不同，试验材料的冲击韧性变化规律。对比冲击韧性，考察稀土对冲击韧

11、性的影响。冲击试样的尺寸为7*10*55(mm3)无缺口试样。每个状态下用线切割切出三个冲击试样，完成之后在磨床上进行表面切痕的打磨。5. 研究的条件试样制备完成之后，采用ARL4460直读光谱分析仪进行成分分析，结合ICP等离子电偶进行稀土元素的检测，检测试样中C、Si、Mn、Cr、Mo、V 、Al、Gd、S、P的含量，从而计算稀土的烧损量。6 论文拟撰写的主要内容1) . 绪论部分，主要包括研究内容，选题意义，冷作模具钢概述及其在汽车行业的应用，选题的背景，国内外冷作模具刚研究现况高韧性和耐磨性冷作模具钢以及本文研究内容等；2) 实验设备及方法介绍实验用钢的制备 ，实验用钢的熔炼，性能检测设备和方法 ,微观组织设备检测与分析等内容以及方法。.3）热处理工艺优化主要介绍了成分检测，铸态组织及硬度检测，退火工艺及硬度检测，淬火及回火工艺优化等内容。4) 稀土对5Cr5MoVAl组织及冲击韧性的影响部分主要介绍了夹杂物分析，铸态组织金相分析，淬火体组织分析等内容。5) 结论，参考文献，致谢。七本课题的进度安排1）.第45周  确定毕业论文题目及提纲，找相关文献，撰写开题报告2）.第57周