《新型抗高温氧化耐热疲劳热作模具钢及强韧化关键技术》

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该项目属于金属材料领域。模具是现代制造业的基石,素有“黑色黄金”之称。有色合金压铸和有色、黑色合金热锻、热挤压等热作模具年消耗数百亿元。但是我国高端热作模具材料一直被进口H13系列热作模具钢(价格是国产的2-4倍)所垄断。国产H13系列热作模具钢制造的热作模具寿命仅是进口H13系列热作模具钢的1/2-1/4。提高热作模具钢“抗热疲劳和抗磨损性能”是提高热作模具寿命的关键,也一直是国际热作模具钢领域亟待解决的重大难题。

吉林大学与中国一汽经22年攻关,突破传统理论与技术束缚,构建了技术独特的新型抗高温氧化耐热疲劳热作模具钢的“成分设计-微纳米相构型-高性能”新体系,在提高“抗热疲劳和抗磨损性能”的思路、原理和方法上取得了创造性突破,开辟出提高模具寿命新途径,超过进口钢模具寿命。主要发明点如下:

(1)发现了热作模具钢晶界氧化优先于热疲劳裂纹萌生,裂纹在氧化区萌生与扩展新现象。首次提出氧化诱发热疲劳裂纹形成新机制,创造性提出热作模具钢的全新成分设计。发明了新型抗高温氧化耐热疲劳热作横具钢-HHD钢(High Cr Hot-work Die Steel)及其制备新技术,其抗高温氧化、抗热疲劳、抗磨损性能分别比国际著名的瑞典DIEVAR热作模具钢提高了8.4倍,54%和68%。

(2)首次提出纳米板条马氏体与纳米碳化物层状构型提高抗热疲劳和抗磨损性能新机制。发明了调控纳米板条马氏体与纳米碳化物层状构型的强韧化热处理新技术。HHD钢制造的模具寿命比进口模具钢同类模具寿命提高了50%以上。

(3)首次提出强化相原位生成形状和微纳尺度调控新机制。发明了新型原位微纳米TiCp局部增强铸造HHD钢制备新技术,制造的解放汽车轴头热挤压模具郑命比口本进口的DH3IS热作模具钢制造的同类模具寿命提高了5倍以上。

胡壮麒院士为主任的鉴定委员会意见:“总体技术达到国际先进水平,其中新型铸造热锻模具钢和新的强韧化热处理工艺达到国际领先”。

HHD钢制造的铝合金压铸模具和钢的热锻模具寿命均比瑞典DIEVAR、8407、8402和德国GS344M热作模具钢制造的同类模具寿命提高了50%以上,铝合金锻造模具寿命比日本SKD6I模具钢制造的同类模具寿命提高了2.3倍。

获吉林省发明一等奖和自然科学类一等奖各1项。发表SCI收录论文37篇,获授权发明专利10件,制定企业标准和技术文件13件,形成了完整的自主知识产权体系。HHD钢在8省17家企业专利转化与应用,实现了规模化生产,制造的21种铝、铜、镁压铸和铝、钢件锻造、挤压模具寿命分别比进口和国产热作模具钢制造的同类模具寿命提高了0.5-2.3倍和1-4倍。HHD钢的价格为进口模具钢的1/2左右。新增销售额1.59亿元,节省了大量Mo、V等贵重合金资源、能源和减少了污染。中国一汽用HHD钢自开发出重卡、C级轿车铝合金变速器壳体和发动机缸体等大型、复杂、高寿命高端压铸模具,打破了进口热作模具钢对我国高端热作模具材料近二十年的垄断和技术封锁。助推了我国热作模具钢和高端热作模具制造跻身国际前列,发展前景广阔,经济、社会效益显著。

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