4Cr5Mo2Vダイカストダイ鋼の熱損傷耐性に及ぼすドリルとニッケルの影響

公開時間： 04 / 20 2021 著者：サイト編集者訪問：12856

4Cr5 Mo2Vは、一般的に使用されているダイカストダイス鋼です。アルミニウム合金をダイカストする過程で、溶融アルミニウムの侵食と接着により、金型は熱疲労や熱溶融損失などの熱損傷を受け、その結果、硬度が低下し、さらには早期故障が発生します。

ニッケルまたは乾燥がアルミニウム合金ダイカスト金型の熱損傷耐性を改善できるかどうかを調べるために、4％Niおよび5％Co（質量分率）を含む2Cr4 Mo5V鋼および2Cr1Mo1V鋼のテストブロックを準備し、その後にはめ込みました。焼入れと焼き戻し。続いて、ダイカスト金型の固定金型に、温度12℃のADC800アルミニウム合金を200〜1,000回ダイカストし、試験ブロックのマクロ形態と表面硬度を調べた。

結果は、アルミニウム合金を1,000回ダイカストした後、4Cr5Mo2V鋼のテストブロックがアルミニウムに最も強く付着し、ネット状の亀裂がほとんど発生しなかったことを示しています。 Ni含有鋼のテストブロックはアルミニウムにわずかに付着し、Co含有鋼のテストブロックはアルミニウムに最も付着していません。これは、1％Co4Cr5Mo2V鋼の含有量がダイカストアルミニウム合金に対して最高の熱損傷耐性を持っていることを示しています。また、アルミニウム合金をダイカストする前の硬度と比較して、1,000回のダイカスト後、4Cr5Mo2V鋼、ニッケル含有および乾燥含有4Cr5Mo2V鋼の試験片の表面硬度は2.8、1.8、および1.4 HRC減少しました。つまり、複数のダイカストアルミニウム合金。ニッケル含有乾燥4Cr5Mo2V鋼の表面硬度への悪影響は4Cr5Mo2V鋼のそれよりも少なく、これはCoおよびNiの固溶体強化効果に関連しており、アルミニウム液体の耐侵食性を改善するのに有益です。金型を作り、金型を熱損傷を受けにくくします。

アルミニウム合金のダイカストは、複雑な高温高圧プロセスです。アルミニウム合金ダイカスト金型の熱損傷（熱疲労や熱損失を含む）性能に影響を与える多くの要因があります。その中でも、熱間ダイス鋼の組成は特に重要です。

通常の状況では、亀裂や塑性変形によるダイカストダイの故障を回避できます。金型割れは通常、偶発的な機械的過負荷または熱的過負荷によって引き起こされ、深刻な応力集中を引き起こします。ダイカスト金型の初期の熱疲労亀裂と溶接損失（表面熱損傷）が主な故障モードであり、この4つは相互に影響を与えることがよくあります。 5Cr2Mo4V鋼は、広く使用されている熱間ダイス鋼であり、優れた耐摩耗性と耐塑性変形性を備えています。ドリルとニッケルは一般的に使用される合金元素であり、鋼の強度と硬度を効果的に高めることができ、熱による損傷に耐えるのに一定の効果があります。そのため、5Cr2Mo4V鋼、5％Niと2％Coを含む1Cr1MoXNUMXV（質量分率、以下と同じ）を検討します。溶融アルミニウムの損傷に対する鋼の耐性は、実際の生産を導く上で非常に重要です。

ただし、口の前でダイカスト鋼の熱損傷を研究する方法のほとんどは、加熱と冷却をシミュレートすることです。ダイス鋼サンプルは溶融アルミニウムに直接接触せず、ダイス鋼サンプルの直接誘導加熱などの溶融アルミニウムの精練効果を伴わない。 -NS。本論文では、ADC12アルミニウム合金のダイカスト試験を実施するために、XNUMX液型鋼の試験ブロックを準備し、ダイカスト金型に埋め込んだ。溶融アルミニウムの損傷性能。

1.試験材料と方法

1.1試験材料

表4に、5Cr2Mo4V鋼、5％Ni含有2Cr1Mo4V鋼（以下5Cr2Mo4V + Ni鋼）、5％Co含有2Cr1 Mo4V鋼（以下5Cr2Mo1V + Co鋼）の化学組成を示します。 ADC12で鋳造アルミニウム合金の化学組成を表2に示します。

表1調査したダイカストダイカスト鋼の化学組成（質量分率）％
材料	C	Cr	Mo	V	Co	Ni	Si
4Cr5Mo2V鋼	0.39	4.65	2。 21	0.46	-	-	0。 23
4Cr5Mo2V + Ni鋼	0.38	4.72	2.34	0。 51	-	1.02	0。 21
4Cr5Mo2V + Co鋼	0.41	4.67	2.40	0.48	1.03	-	0。 24

表2ADC12アルミニウム合金の化学組成％
素子	Cu	Mg	Mn	Fe	Si	Zn	Ti	Pb	Sn
品質スコア	1.74	0.22	0.16	0.76	10.70	0.87	0.064	0.035	0。 010

1.2試験方法

焼鈍した4Cr5Mo2V鋼、4Cr5Mo2V + Ni鋼、4Cr5Mo2V + Co鋼を図1に示すようにテストブロックに加工しました。真空焼入れ後、硬度約47 HRCでXNUMX回焼き戻し、細かく粉砕して酸化物スケールを除去しました。

図2に示すように、テストブロックのグループ番号が固定金型の溝に埋め込まれ、ダイカストアルミニウム合金のキャビティが可動金型に設定されます。500tの水平コールドチャンバーダイカストマシンADC12アルミニウム合金シートのダイカスト試験には、自己設計の金型を使用し、アルミニウム合金を再利用しました。試験を加速するために、溶融アルミニウムの温度は800°Cと高くなっています（通常、ADC12アルミニウム合金のダイカスト温度は（650）°Cです）。溶融アルミニウムの温度は120℃であり、Fe-A800金属間化合物の融点に達していないため、得られた化合物は、脱落した後、不純物として溶融アルミニウムに存在します。溶融アルミニウムを繰り返し使用すると、不純物が増加し、アルミニウムが強化されます。液体の精練効果により、試験が加速されます。

ダイカスト試験後、実体顕微鏡を用いて試験ブロック表面のアルミニウム付着現象を観察しました。超被写界深度顕微鏡を使用して、アルミニウムの付着の程度と、テストブロックの表面に亀裂があったかどうかをさらに観察しました。

フィブ。 2カバーダイ（a）に挿入されたテストブロックとエジェクタダイ（b）の成形シート

2.テスト結果と分析

2テストブロックの表面形態

2.1.1表面粘着アルミニウム

図3は、ダイカストなしおよび600,1000回のダイカスト後の3つの鋼製テストブロックの表面形態を示しています。図600（b、e、h）から、4回のダイカスト後、5Cr2MoXNUMXV鋼のテストブロックで最も深刻なアルミニウムの付着が見られます。

4Cr5Mo2V + Co鋼のテストブロックは、最小限のアルミニウムに固執します。図3（c、f、i）は、1,000つのテストブロックの表面へのアルミニウムの付着が4回のダイカスト後に増加したことを示しています。 5Cr2Mo4V鋼のテストブロックの表面には明らかなアルミニウムの付着がありますが、他の5つのテストブロックにはわずかなアルミニウムの付着があります。 2Cr4Mo5V + Co鋼のテストアルミニウムの塊は最も少なく均一であり、ダイヤモンドを含む2Cr4Mo5V鋼が液体アルミニウムの損傷に対して最高の耐性を示し、2Cr9Mo10V鋼が最悪であることを示しています。ドリルとニッケル元素の添加は、ダイス鋼XNUMX-XNUMXの高温硬度を安定させるのに有益であり、溶融アルミニウムとの繰り返し接触時に表面が「軟化」しにくいため、液体アルミニウムの耐侵食性が向上し、アルミニウムの接着性が向上します。わずかです。ダイカスト試験中、溶融アルミニウムはキャビティに入り、試験ブロックに接触し、試験ブロックの不均一な構造、機械加工欠陥領域、およびその他の局所領域がアルミニウムにわずかに付着します。アルミニウム結合領域のアルミニウムは鋼と反応してFeを形成します。} Al脆性中間化合物は、高圧アルミニウム液体の精練によって破壊されて剥離し、金型表面にピットなどが生じます。アルミニウム液体の精練の下での深刻なアルミニウム結合。

2.1.2表面の亀裂

図4は、4回のダイカスト後の5Cr2Mo4V鋼、5Cr2Mo4V + Ni鋼、および5Cr2Mo1,000V + Co鋼の試験片の超被写界深度形態を示しています。図4（a）から、4 Cry Mot V鋼の試験ブロックの表面に、ほぼ正味の形状で分布した少数の微小亀裂があることがわかります。付着したアルミニウムと溶融アルミニウムは鋼と反応してFeを形成します。} Al化合物。 Feの熱膨張係数。} Alはマトリックスの熱膨張係数とは異なり、付着したアルミニウムとFeに非常に少量の微小亀裂が生じます。} Alと化合物。溶融アルミニウムの精練効果により微小亀裂が伝播し、溶融アルミニウムが亀裂に浸透し、さらにマトリックスと反応してFe 2Al化合物を形成します。その後の繰り返しのダイカストプロセスでは、テストブロックの表面にあるFe。} Al化合物が剥離してピットを形成します。酸洗いと超音波洗浄の後、テストブロックの表面はネットのようなアルミニウム液体精練特性と同様に見えました。図4（b、c）は、4Cr5Mo2V + Co鋼および4Cr5Mo2V + Ni鋼のテストブロックに亀裂がないことを示しています。これは、1％のドリルまたはモリブデンを追加すると、アルミニウムの表面接着力が低下するだけでなく、低下することを示しています。金型のひび割れ傾向と耐アルミニウム性の向上液体損傷性能。ニッケルとダイヤモンドの非炭化物形成元素を添加すると、金型の高温硬度が向上し、ダイヤモンドは焼戻しプロセス中の炭化モリブデンの分散と析出を促進し、析出硬化効果を高めることができます 'z-} 3. LingQianらによる研究。ダイカストダイス鋼にオーステナイト安定化元素を添加すると、応力集中を低減できることが示されています。ドリルとニッケルはどちらもオーステナイトゾーンを拡張する元素であるため、4Cr5Mo2V + Ni鋼と4Cr5Mo2V + Co鋼のダイカスト金型表面に亀裂が発生することはありません。

実際のダイカスト工程での溶融アルミニウムは、金型に対して非常に強力です。 Fe-A1相図によると、鋼と溶融アルミニウムの反応によって形成されるFe-Al金属間化合物は、主にFeAlz、Fez A15、FeA13などであり、脆いです。アルミニウム合金のAlリッチ相はマトリックスから離れて、溶融アルミニウムの精練の下で溶融アルミニウムに入り、型の表面にピットを残します。アルミニウム合金の一部とモールドピットの組み合わせは比較的強く、脱落せず、さらにFeA1化合物を形成します。アルミニウム、Fe。} Alとそこに付着している化合物は、冷却中にマイクロクラックが発生しやすくなります。ダイカストシートは液体アルミニウムが少ないため、凝固が速く、金型と液体アルミニウムの反応が遅くなります。そのため、FeとAlの反応により試験ブロックの表面にピットが少なくなり、アルミニウム液の侵食により粘着性の高いアルミニウムが生成されます。

2表面硬度

表3は、異なる時間のダイカスト後の3つのダイス鋼テストブロックの表面硬度の平均値です。表1,000のデータは、4種類のテストブロックの表面硬度がすべてわずかに低下していることを示しています。ダイカスト金型の数が増えると、テストブロックの焼戻しを繰り返すことに相当するため、硬度が低下します。 5回のダイカスト後、2Cr1.4Mo4V + Co鋼のテストブロックの硬度の低下は最小で、5HRCです。 2CrXNUMXMoXNUMXV鋼のテストブロックで最も明らかな減少が見られます。

明らかに、それは2HRC減少しました。 8Cr4Mo5V + Ni鋼のテストブロックの表面硬度は2HRC低下しました。安定した金型硬度は、アルミニウムの付着を減らすのに有益です。つまり、ダイカストの熱損傷に抵抗するのに有益です。

表3さまざまな時間のダイカスト後のテストブロックの表面硬度％
材料	ダイキャストなし	200タイムズ	400タイムズ	600タイムズ	800タイムズ	1000タイムズ
4Cr5Mo2V鋼	48.6	48.4	48.1	47.2	46.9	45.8
4Cr5Mo2V + Ni鋼	47.5	47.4	47.2	46.8	46.9	46.1
4Cr5Mo2V + Co鋼	47.7	47.5	47.1	46.5	46.2	45.9

ダイス鋼を長時間焼戻した後、マルテンサイトが分解し、二次炭化物が粗くなり、表面硬度が低下します。ドリルとニッケルはどちらも非炭化物形成元素であり、Fe原子を置き換えることで鋼の固液を「5〜」8に強化できるため、急速な加熱と冷却を繰り返した後でも、金型の高温強度が高くなり、硬度が高くなります。 China Die Casting Associationは、焼入れ焼戻しCr-Mo-V-Ni鋼の元素分布を調査し、焼戻しプロセス中にNi元素が炭化物の周囲で濃縮され、それによって周囲のフェライトの炭素原子が妨げられることを発見しました。炭化物炭化物の連続拡散は、炭化物粗大化の活性化エネルギーを増加させ、炭化物の成長を妨げ、それによってニッケル含有4Cr5Mo2V鋼の硬度低下を低減し、溶融アルミニウム損傷に対する耐性を向上させます。

中国ダイス鋳造協会は、1％Niを含むダイ鋼とNiを含まないダイス鋼の熱安定性と微細構造の変化を研究し、熱安定性試験の後の段階で、ニッケルがダイス鋼の硬度を低下させ、鋼はより熱的に安定したセックス。穴あけは、オーステナイト相帯を拡大する元素です。 4Cr5Mo2V鋼にドリルを追加すると、オーステナイト化プロセス中の炭化物の溶解を促進し、オーステナイトの炭素含有量を増やし、オーステナイトの安定性を高め、それによって残留オーステナイトを増やすことができます。焼戻しプロセス中の炭化モリブデンの分散と析出を促進し、析出硬化効果z'-1を強化します。

マトリックスに対するニッケルとドリルの強化効果により、溶融アルミニウムを繰り返し精練した後でも、ダイス鋼のテストブロックの表面硬度が高くなるため、侵食に対する耐性が高くなり、テストブロックの耐性を向上させるのに役立ちます。溶融アルミニウムの損傷に。テストブロックの表面硬度とアルミニウム接着の程度も示されます（図3、表3を参照）。ドリル加工された4Cr5 Mo2V鋼テストブロックは、1,000回のダイカスト後、表面ピットとアルミニウム接着が最小になります。アルミニウムの液体による損傷に対する耐性が最も優れています。したがって、鋼に1％のCoを添加することによる強化効果は、1％のNiを添加することよりも大きく、どちらもダイス鋼の耐アルミニウム損傷性能の向上に役立ちます。

3。結論

アルミニウム合金を1回ダイカストした後、ドリル付きの000Cr4 Mo5V鋼サンプルは最も少ないアルミニウムを付着し、2Cr4Mo5V鋼サンプルは最も多くのアルミニウムを付着します。つまり、ドリル付きの2Cr4Mo5V鋼は最高の熱損傷耐性を示します。
アルミニウム合金を1,000回ダイカストした後、4Cr5Mo2V鋼、4Cr5Mo2V + Ni鋼、4Cr5Mo2V + Co鋼の試験片の表面硬度は2.8、1.8、1.4 HRC減少しました。つまり、ニッケルまたはドリルを追加すると、熱損傷耐性を大幅に向上させることができます。 4Cr5Mo2Vダイカストダイス鋼の。

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