AL粉末粒度对混粉准干式电火花表面H13钢组织与性能的影响

毕 业 论 文 开 题 报 告 H13钢电火花表面强化研究 —混粉准干式工作介质条件下Al粉粒度H13 钢组织与性能的影响

学 院： 机械工程学院 班 级： 材料0813 学生姓名： 潘金城 指导教师： 王 睿 职 称： 讲 师

2013年1月11日 开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期完成，经指导教师签署意见、专家组及学院教学院长审查后生效； 2．开题报告必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3．毕业论文开题报告应包括以下内容： （1）研究的目的； （2）主要研究内容； （3）课题的准备情况及进度计划； （4）参考文献。 4．开题报告的撰写应符合科技文献规范，且不少于2000字；参考文献应不少于15篇，包括中外文科技期刊、教科书、专著等。 5．开题报告正文字体采用宋体小四号，1.5倍行距。附页为A4纸型，左边距3cm，右边距2cm，上下边距为2.5cm，字体采用宋体小四号，1.5倍行距。 6．“课题性质”一栏：

（1）理工类：A.理论研究 B.工程设计 C软件开发 D.应用研究 E.其它 （2）经管文教类：A.理论研究 B.应用研究 C.实证研究 D.艺术创作 E.其它 “课题来源”一栏： A.科研立项 B.社会生产实践 C.教师自拟 D.学生自选 “成果形式”一栏： A.论文 B.设计说明书 C.实物 D.软件 E.作品 毕业论文开题报告 课题题目 H13钢电火花表面强化研究—混粉准干式工作介质条件下Al粉粒度对H13 钢组织与性能的影响

课题性质 A B C D E □ □ □ ■ □ 课题来源 A B C D □ □ ■ □

成果形式 A B C D E ■ □ □ □ □ 同组同学 金海波 秦洋洋 张力元

开题报告内容（可另附页）

指导教师签名： 年 月 日

专家组成员签字： 教学院长（签章）： 年 月 日 1、课题背景 H13钢主要用于制造高温状态下进行压力加工的模具,如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦模具等[1]。其在工作时承受着很大的冲击力,同时还经受着反复的加热和冷却,使模具的工作表面容易产生热疲劳裂纹,另外炙热金属被强制变形时与模具型腔表面摩擦。模具极易磨损并且硬度降低。因此,H13钢要求能稳定地保持各种力学性能,特别是应该具备较高的热强性、高的热疲劳性、良好的韧性和耐磨性。 随锻压机械能力的加大、加工件形状的复杂化,尤其是被加工材料加工难度的增大,比如加工钛合金、高合金钢、不锈钢和耐热钢,模具趋向大型化、高性能。因此,对热作模具用钢性能的要求也越来越高,但它的热强性、热稳定性和淬透性较低、易龟裂和塌陷,使用寿命短。这就迫使我们对热作模具钢进行表面强化,提高模具的使用寿命[3]。 当前针对热模具钢表面强化技术按其原理分为化学热处理、表面涂覆处理和表面加工强化处理[4]。其中电火花表面强化处理应用最为广泛[6]。电火花表面强化技术发展至今电火花表面强化是利用火花放电能量,在金属表面形成一层高硬度、高耐磨、抗腐蚀及热硬性好的合金强化层[8]。目前,该工艺在国内外已用于刀具、模具、易磨损件等表面强化,显著提高工模具、易磨损件的使用寿命。混粉电火花加工是近年来出现的一种电火花精加工新技术[9]。通过在常规的煤油工作液中添加硅、铝等导电性微细粉末来改善放电状态,可迅速降低加工表面粗糙度,提高表面质量,大大提高精加工效率,缩短加工时间[17]。在一定范围内有效地缓解加工速度和加工表面质量之间的矛盾,并可显著提高加工表面的耐磨性和耐蚀性,在模具型腔的大面积光整加工中表现出优越的加工性能,受到模具制造业的普遍重视[5]。 因此，本课题提出混粉准干式电火花表面强化[11]。混粉准干式电火花加工以气、液、固三相流作为工作介质的一种加工方法[12]。相对于传统的电火花工作介质中加入了固态相，固态相的状态在三相流中起着非常重要的作用，在固态相中我们采用了添加Al粉， 首先对Al粉末粒度进行球磨处理,达到使用要求，通过若干次反复试验，探测出Al粉末粒度对混粉准干式电火花表面强化H13钢组织与性能的影响[7]。 2、主要研究内容 2.1 H13钢 H13是热作模具钢，执行标准GB/T1299—2000。统一数字代号A20502；牌号4Cr5MoSiV1；合金工具钢简称合工钢，是在碳工钢的基础上加入合金元素而形成的钢 种[2]。 其中合工钢包括：量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、冷作模具钢、热作模具钢、无磁模具钢、塑料模具钢。 2.1.1 H13钢的成分 化学成分（%）：C：0.32～0.45、S：i0.80～1.20、Mn：0.20～0.50、Cr：4.75～5.50、Mo：1.10～1.75、V：0.80～1.20、P小于等于0.030、S小于等于0.030。 2.1.2 H13钢的性能 H13是一种空冷硬化型热模钢,具有较高的热强度和硬度,高淬透性,在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性。热处理变形小可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。 H13钢主要的失效形式为热熔损失效和热疲劳裂纹失效，主要表现为模具型腔表面的开裂、龟裂、冲蚀和粘附等，由于模具失效通常是由表面开始，因此要求模具表面硬度高、耐磨性和抗粘连性好。 2.1.3 H13钢的应用 H13钢广泛用于制造热挤压模具,芯棒、模锻锤的锤模,锻造压力机模具,精锻机用模具以及铝、铜及其合金的压铸模。 2.2表面强化技术的介绍 表面强化技术其实质是一种改善机械零件和构件表面性能，提高疲劳强度和耐磨性能的工艺方法。表面强化有时还能提高耐腐蚀性能。承受载荷的零件表面常处于最大应力状态，并在不同的介质环境中工作。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零件表层引入一定的残余压应力，增加表面硬度，改善表层组织结构等，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。表面强化可分为表面薄膜强化、表面形变强化、表面热处理强化、化学热处理强化和表面合金化。其中表面薄膜强化与表面形变强化在工业生产过程中应用最为广泛[10]。 2.2.1表面强化技术目的 表面强化的主要目的是提高零件表面的耐磨性，耐蚀性、热疲劳抗力、抗咬合性及抗高温软化性和润滑性能，从而提高零件使用寿命。目前，已用的表面强化工艺可使模具使用寿命提高几倍甚至几十倍。因此，表面处理技术对模具工业的进步和发展具有重 要作用。 2.2.2表面强化技术的分类及工艺 零件的表面强化处理有不同的分类方法，如有按目的和作用分为表层化学成分及组织结构改变型和表面物质保护型两大类的；有按处理温度分为低、中、高三大类的；有按原理分为化学热处理、表面涂覆处理和表面加工强化处理的[15]。 2.3电火花表面强化技术 电火花表面强化是利用火花放电时释放的能量将一种硬质导电材料熔渗到工件表面，形成合金化表面强化层，它能大大提高模具表面的耐热性、耐蚀性、红硬性和耐磨性。 2.3.1电火花加工原理 电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。 2.3.2混粉准干式电火花的加工定义 混粉准干式电火花加工以气、液、固三相流作为工作介质，能够有效改善气中加工短路率高、加工效率低的问题。以纯净气体介质的击穿理论为基础，对三相流工作介质的击穿机理进行理论分析，阐明固、液分散相的作用机制。 2.3.3混粉准干式电火花的加工原理 脉冲电源两个输出端分别与工具电极和工件相连。控制系统使工具电极向工件方向进给。随着两极间距离的减小，极间电场增强。当极间场强增大到工作介质的起始游离场强后，极间工作介质开始碰撞电离，带电粒子定向运动加剧，在两极间迅速扩展形成等离子体放电通道[16]。通道中高速运动的带电粒子在撞击工件材料的过程中将动能转换成热能传递给工件，使工件材料局部融化、气化[18]。部分热量传入两极之间的放电间 隙，使工作介质中的液相成分吸热气化，体积急速膨胀。于是，工件表面的熔化材料在极间液相成分气化产生的瞬时爆炸力和高速气流冲击力的作用下从工件表面熔池中喷出、冷凝，并被吹离工件表面、排出加工区域[13]。 2.3.4电火花表面强化工艺参数的选择 电火花表面强化工艺参数主要有单位强化时间和功率档位。单位强化时间(q)是单位面积上的加工时间(单位min/cm2)。功率档位为设备输出功率,共分6档。加工回转体零件时需要将单位强化时间(q)转化为零件转速(n)。[14] 2.4球磨处理的原理 球磨机是由水平的筒体，进出料空心轴及磨头等部分组成，筒体为长的圆筒，筒内装有研磨体，筒体为钢板制造，有钢制衬板与筒体固定，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和一定比例装入筒中，研磨体也可用钢段。 根据研磨物料的粒度加以选择，物料由球磨机进料端空心轴装入筒体内，当球磨机筒体转动时候，研磨体由于惯性和离心力作用，摩擦力的作用，使它帖附近筒体衬板上被筒体带走，当被带到一定的高度时候，由于其本身的重力作用而被抛落，下落的研磨体像抛射体一样将筒体内的物料给击碎。 3、研究路线 选择合适的球磨工艺参数对Al粉末粒度进行球磨处理；利用数控电火花加工机床调节其加工参数，对H13钢表面进行表面强化处理；研究Al粉末粒度对混粉准干式电火花加工后H13钢表面组织和力学性能的影响。 4、进度计划

时间安排（周次） 具 体 内 容 早进入阶段 熟悉课题，查阅、收集有关资料及文献，写开题报

第一至二周 对Al粉进行球磨工艺处理

第三至七周 用电火花机床对H13钢进行混粉准干式电火花表面强化