高速钢合金碳化物控制研究

发布时间：2020-09-17 11:26

　　 高速钢具有高硬度、高耐磨性、良好的红硬性等优点,广泛应用于制造各种高速切削工具、高载荷模具等。大量的合金碳化物是高速钢的重要组织特征和良好性能的重要保障,但同时合金碳化物在承载过程中容易开裂,引起材料韧性损伤甚至断裂失效。如何控制碳化物断裂、提高材料韧性,是制备高性能高速钢亟需解决的技术难题。针对上述问题,本课题从碳化物断裂影响因素着手,对高速钢合金碳化物控制技术进行了研究和探索。针对碳化物断裂首要影响因素—碳化物尺寸,研究了凝固冷却速度和形变对碳化物尺寸的影响规律,通过冷却速度或形变工艺优化,细化碳化物尺寸；针对影响碳化物断裂的另一重要因素—碳化物力学特性,探索了晶体结构和化学成分对碳化物力学性质的影响规律,为碳化物力学性质调控提供科学参考。主要研究结果如下：结合江苏天工集团实际生产,在线研究了冷却速度对碳化物尺寸的影响。随着铸锭尺寸减小,冷却速度增加,高速钢铸态组织细化,大块片状碳化物尺寸和数量减小,Mo元素含量减少,碳化物热稳定性降低,在高温加热时更易球化。冷速提高后,锻材中碳化物网厚度较薄,轧材中碳化物尺寸较小,碳化物尺寸和分布得到明显改善。提高铸锭冷却速度,可以使得高速钢在较小的锻压比下获得较均匀的组织,减轻对锻压比的依赖,有利于提高高速钢的成材率。M2C碳化物在高温热处理时发生分解,形成M6C和MC碳化物,有利于碳化物尺寸细化。在热处理前对高速钢进行预变形,可以促进M2C碳化物分解,提高其分解速率。随着形变量增加,形变对M2C分解的促进程度愈发明显。形变促进M2C碳化物分解的原因在于形变产生的碳化物缺陷以及碳化物与基体的界面增加。M2C碳化物在形变后产生位错、层错等缺陷,在热处理过程中可以成为碳化物新相的形核核心,从而促进M2C分解产物形核、加速分解产物长大,使分解速率加快。晶体结构对碳化物的力学性质影响显著：密排六方结构的M7C3型碳化物断裂韧性较高(Kc,2.68MPam1/2),但硬度较低(H,22.2GPa)；面心立方结构的MC型碳化物硬度较高(29.7GPa),断裂韧性较低(1.84MPam1/2);复杂立方结构的M6C型碳化物力学性质则介于前面两者之间(23.7GPa,2.07MPam1/2)。化学成分变化影响碳化物的力学性质：随Cr/Fe增加,M7C3的H、E和Kc均先快速增加,而后逐渐降低,在Cr/Fe=0.75-0.95时M7C3力学性质最佳；随V/W增加,MC的H线性增加,Kc先减小后增大,在V/W=3.5-4.0时MC力学性质最佳；随[W]/Fe增加,M6C的H先增大后减小,在[W]/Fe=2.5-3.0时达到最大值；而E和Kc均先减小后增大,在[W]/Fe=2.5-3.0达到最小值。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TG142.1
【部分图文】：

图１．１我国与日本高速钢年产量Ｗ逡逑近年来，随着机械制造业的进步，高速钢的应用范围不断扩大，对高速钢的性能Ｗ及逡逑

高速钢热处理的重要特征，一般分为预热、加热和冷却工序。萍火加热温度越高，合金碳逡逑化物分解越多，溶入奥氏体中的合金量越多，浑火后马氏体中合金的含量就越多，从而钢逡逑的热硬性越高。Ｐ４１浑火温度对Ｍ２高速钢硬度的影响如图１．４所示。逡逑６６邋Ｉ逦１逡逑■邋■邋＞逡逑６５邋－逡逑■逡逑■逡逑６４邋－逡逑0逡逑１＂－邋．逡逑Ｉ逡逑Ｘ邋６２邋－逡逑■逡逑Ｓ！－逡逑■逡逑Ｉｔ邋的邋１１９０逦１２００逦１２１０逦１２２０逦１２３０逦１２４０逦１２５０逦１２８０邋口邋７０逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／＾逡逑图１．４巧火温度对Ｍ２高速钢硬度的影响逡逑高速钢浑火后一般要进行多次高温回火，随着回火温度的升高，回火后硬度发生变化，逡逑如图１．５所示。由图可知Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ在％０邋‘Ｃ回火，硬度最大（６５ＨＲＣ），此时从马氏体中逡逑析出鹤、饥的碳化物，二次碳化物弥散分布，产生二次硬化，同时残余奥氏体也转换为马逡逑巧体，使硬度进一步提高。［巧逡逑５逡逑

．逦退火时间化逡逑图１．３高速钢等温退火工艺曲线逡逑（２）浑火和回火逡逑高速钢刀具所要求的红硬性、硬度、强度及耐磨性等，只有在正确的浑火和回火后才逡逑能获得。浑火是影响高速钢制品使用状态性能最敏感的工序，接近烙点的高温浑火温度是逡逑高速钢热处理的重要特征，一般分为预热、加热和冷却工序。萍火加热温度越高，合金碳逡逑化物分解越多，溶入奥氏体中的合金量越多，浑火后马氏体中合金的含量就越多，从而钢逡逑的热硬性越高。Ｐ４１浑火温度对Ｍ２高速钢硬度的影响如图１．４所示。逡逑６６邋Ｉ逦１逡逑■邋■邋＞逡逑６５邋－逡逑■逡逑■逡逑６４邋－逡逑0逡逑１＂－邋．逡逑Ｉ逡逑Ｘ邋６２邋－逡逑■逡逑Ｓ！－逡逑■逡逑Ｉｔ邋的邋１１９０逦１２００逦１２１０逦１２２０逦１２３０逦１２４０逦１２５０逦１２８０邋口邋７０逡逑Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／＾逡逑图１．４巧火温度对Ｍ２高速钢硬度的影响逡逑高速钢浑火后一般要进行多次高温回火，随着回火温度的升高，回火后硬度发生变化，逡逑如图１．５所示。由图可知Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ在％０邋‘Ｃ回火，硬度最大（６５ＨＲＣ），此时从马氏体中逡逑析出鹤、饥的碳化物，二次碳化物弥散分布，产生二次硬化，同时残余奥氏体也转换为马逡逑巧体

【参考文献】

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本文编号：2820665