制备技术对M2高速钢热处理组织与性能的影响

发布时间：2020-10-21 14:28

　　 M2高速钢是高碳高合金高耐磨钢,常用于制备热轧辊和各种硬质工具。该材料一般需通过热处理来调控马氏体相和硬质合金碳化物的形态分布,从而得到良好的硬度和韧性的配合。本文结合市场可供货M2高速钢的主要生产技术,对比研究了热轧、喷射沉积和激光重熔三种方法制备的M2高速钢的热处理工艺、相应的组织和硬度;对比分析其组织、相结构形成的机理及区别特征,为企业对市场上M2高速钢供货态的选择和热加工处理方式的选用提供实验依据。常规熔炼方法制备的M2高速钢凝固组织中存在粗大的网状M_2C和M_6C共晶碳化物。高温热轧能促使层片状的M_2C溶解、破碎,并转变成细小弥散的MC和M_6C,热轧板随后进行球化退火可获得以M_6C和MC为主的球状碳化物颗粒。热轧退火M2高速钢最优淬火回火热处理工艺为1150℃淬火后530℃三次回火,每次回火时间为一小时,其组织为回火马氏体、M_6C和MC,回火硬度约为825 HV_(0.5),回火后碳化物尺寸在2.92-3.40μm之间,尺寸分布不均匀。喷射沉积M2高速钢凝固组织为细小的马氏体基体和网状碳化物。但是,由于沉积坯成形是液相层状堆积过程,惰性喷射气流不能及时逃逸易导致沉积坯中层与层的搭接处形成一定的孔隙和疏松。高温热锻退火处理可完全消除上述缺陷。热锻退火后喷射沉积试样最佳淬火回火工艺为1170℃淬火和530℃三次回火,每次回火时间为一小时,最大回火硬度约为841 HV_(0.5),组织为马氏体基体、M_6C和MC,碳化物尺寸在1.21-1.73μm之间。与热轧M2高速钢相比,喷射沉积M2高速钢具有更高的硬度和更弥散、细小的碳化物形态与尺寸。喷射沉积M2高速钢表面进行激光重熔后可获得更细小的组织和碳化物尺寸,重熔层免淬火直接在560℃三次回火后获得的最大硬度约为850 HV_(0.5),略高于喷射沉积和热轧M2高速钢的最高硬度。但是,由于重熔层未经淬火处理,回火组织的主要碳化物类型为M_2C,不同于热轧和喷射沉积M2高速钢回火碳化物主要类型M_6C和MC。试验表明:采用四种激光工艺参数制备的重熔层回火后相结构和组织基本相同,回火硬度相差不大,说明M2高速钢表面激光重熔具有较宽的激光工艺选择范围。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG161;TG142.1
【部分图文】：

第一章 绪.3.2 高速钢中共晶碳化物的分类高速钢中共晶碳化物的类型主要分为三大类：M6C、M2C 和 MC 型共晶碳化物[1M6C 型碳化物：复杂 fcc 晶体结构，宏观形貌为鱼骨状，如图 1.1(a)所示。M高温稳定性较强，加热不发生分解。在钨系高速钢中，该碳化物直接从液相中析出钨钼系高速钢中，主要通过 M2C 共晶碳化物高温分解得到。M2C 型碳化物：密排六方晶体结构，宏观形貌为层片状，具体可分为非规则杂规则两类，如图 1.1(b)和 1.1(c)所示。M2C 碳化物在热力学上是亚稳态，在高件下易分解成细小弥散的 MC 和 M6C。MC 型碳化物：面心立方晶体结构。按照形貌主要可分为以下三种类型：游离结构、非规则型和复杂规则型，分别对应图 1.1(d)、1.1(e)和 1.1(f)。MC 的主要是先共晶反应从液相中直接析出或通过 M2C 共晶碳化物的分解得到。

第一章的吉布斯自由能变化都增大，但是 GM2C大于 GM6C，所以 M2C 碳化物的大，凝固形成的 M2C 共晶碳化物数量较多。Fishchmeister 等[18]人研究固速率，不仅增加了 M2C 的析出，而且碳化物片层也相应的变薄，碳。来有关学者对于冷却速度与共晶碳化物形貌展开试验研究。研究者通过，铸造成形方式来改变凝固冷却速度，从而改善共晶碳化物的分布。研模和铸铁模对高速钢进行铸造，探究冷却速度对析出的共晶碳化物形貌实验结果显示：采用砂模进行铸造冷却速度慢，M2C 为粗大的片状，M通过铸铁模进行铸造具有较快的冷却速度，获得 M2C 为细纤维状，M

的热轧温度下易得到浓度不均匀的奥氏体，从而通过浓度起伏获得更多的碳化物，并且研究发现，碳化物的溶解和析出是一个竞争过程，950℃以下的热轧组织中，碳化物以长大为主，热轧温度超过 950℃，碳化物发生回溶。当热轧温度超过 1100℃时，碳化物会沿晶界析出。同时，又在 1050℃条件下分别采用 50%和 70%的压下量对高速钢进行热轧，如图 1.3 所示，研究结果显示：温度、应变率相同的条件下，增大压下量有助于获得尺寸更为细小、分布更加弥散的碳化物。原因是由于塑性变形的畸变能是动态再结晶的主要驱动力。当变形量较小时，晶粒所需的再结晶驱动力不足。随着变形量的增加，储存的能量也随之增多，再加上应变形成大量的空位使位错的攀移快速发生，位错间发生充分的抵消和重组，位错密度越来越小，诸多因素结合使再结晶充分进行。最终结果显示在 1050℃进行 70%压下量的热轧能获得良好的组织和碳化物的分布。白彦彬等人[34]研究了热轧工艺对 W9 高速钢锯条的使用寿命的影响。研究表明，正常的热轧工艺与加热温度过高和加热时间过长的非正常的热轧工艺相比，锯条的使用寿命提高了 4.2 倍。原因在于，热轧加热温度过高，保温时间过长会使得高速钢的组织发生过热或者过烧，生产出来的锯条锯切性能不佳，容易发生崩刃和脆断。
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本文编号：2850240