M42高速钢中碳化物的析出机理与转化规律研究
发布时间：2022-01-08 12:40
作为高速钢的代表钢种,M42高速钢具有着优异的力学性能并广泛的应用于制造各种难加工工件、切削工具和高载荷模具。淬火后的M42高速钢马氏体含量可达到基体总量的20wt%以上,钼、铬、钒等合金元素也可与钢中的碳形成大量的碳化物,这些因素都促使M42高速钢的硬度显著提高,特别是在高温下也可保持很高的硬度。然而,钢中碳化物尺寸大、分布不均匀等问题会严重降低钢的塑性,制约了它的发展与应用。本文对M42高速钢在电渣重熔和后续热处理过程进行研究,分析高速钢铸态组织碳化物析出机理及碳化物在加热过程中的分解与转变,同时研究了热处理条件的变化对高速钢微观结构和力学性能的影响,并探讨了氮含量对M42高速钢中碳化物及微观结构的影响。对高速钢质量提升和力学性能改善研究具有重要的科学意义。本课题以传统的电渣重熔法冶炼超硬高速钢获得最初铸锭为起点开始研究,通过thermo-calc软件计算高速钢凝固冷却过程中各相在平衡态和非平衡态条件下的析出温度,利用扫描电镜分析重熔锭微观结构,得出铸态的M42高速钢碳化物主要呈层片状和纤维状沿晶界析出且连成网状。由于电渣锭芯部冷却速率较慢,偏析情况比边部严重,表现为枝晶间距和碳化...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１中国２０００－２００９年高速钢产置变化丨５！??
钢中主要碳化物的特征如下：??（１）?Ｍ６Ｃ型碳化物??Ｍ６Ｃ碳化物的典型形貌为“鱼骨”状［５５？］，较粗大，如图２－９所示。它??是Ｗ系和Ｗ－Ｍｏ系高速钢中典型的碳化物。Ｍ６Ｃ具有复杂面心立方晶格结??构，单位晶胞中有９６个金属原子和１６个碳子，金属原子分为Ｆｅ和Ｗ（Ｍｏ）??两类，二者各占一半，如图２－１０所示ｆ％。在含Ｗ系高速钢中，Ｍ６Ｃ主要的??化学式为Ｆｅ３Ｗ３Ｃ至Ｆｅ４Ｗ２Ｃ，或在二者直接波动，即会出现Ｆｅ占据部分Ｗ??的位置的情况。相同的是，在Ｍｏ系高速钢中，Ｍ６Ｃ主要的化学式为Ｆｅ３Ｍｏ３Ｃ??至Ｆｅ４Ｍｏ２Ｃ。在Ｗ－Ｍｏ系高速钢中，Ｗ、Ｍｏ原子根据其在钢中的含量，Ｍ６Ｃ??化学式中而保持一定的比例。Ｍ６Ｃ?—般溶解有Ｃｒ和Ｖ，在晶格中这些金属??原子通常占据Ｆｅ和Ｗ、Ｍｏ的位置。各元素在Ｍ６Ｃ中的含量与它们在钢中??的总含量有关。其复杂立方晶格结构决定了?Ｍ６Ｃ碳化物以树枝状的形式进行??生长，而这种结构在外力作用下不容易发生弯曲和拉伸，锻造时不易破碎，??－１３?－??
（２）?ＭＣ型碳化物??ＭＣ型碳化物通常呈不规则块状，其三维形貌如图２－１１所示，在高速钢??的凝固过程中其形成温度范围很宽，大部分是在较高温度直接在液相中形成??的，尺寸较大，只有少部分是通过共晶反应形成的［５９，６（）］。ＭＣ型碳化物具有??ＮａＣｌ型面心立方结构，在ＭＣ和Ｍ４Ｃ３之间变化，其结构如图２－１２所示［６１］。??Ｖ是这类碳化物中的主要元素，另外还有一定量的Ｗｏ、Ｍｏ和Ｃｒ，其中Ｆｅ??的含量较少，合金元素在ＭＣ碳化物中的含量和钢中各元素的含量有关，化??学式可以写为ＭＣｘ（ｘ矣１）：若全部八面体间隙均被碳原子占据，即当ｘ＝ｌ时，??其成分为ＭＣ；当ｘ＜ｌ时，有些八面体间隙未被碳原子占据，便形成无碳的??空位，化学成分发生变化。ＭＣ碳化物具有高的硬度，可有效地增加钢的硬??度和耐磨性。但由于初生碳化物ＭＣ的尺寸较大，经过锻轧后也只能是在一??定程度上得到碎化，在钢中仍会有大块状ＭＣ碳化物，它将降低高速钢的韧??性和磨削性能。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Morphology,microstructure and decomposition behavior of M2C carbides in high speed steel[J]. Xue-feng Zhou,Di Liu,Wang-long Zhu,Feng Fang,Yi-you Tu,Jian-qing Jiang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2017(01)
[2]A New Approach for Refining Carbide Dimensions in M42 Super Hard High-speed Steel[J]. Xue-feng ZHOU,Wang-long ZHU,Hong-bing JIANG,Feng FANG,Yi-you TU,Jian-qing JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(08)
[3]AHPT15M粉末冶金高速钢冷处理工艺研究[J]. 梁文瑞,孙世清,王丽婷,马文旭. 热处理技术与装备. 2012(06)
[4]HYW3高速钢热处理工艺与性能研究[J]. 孙宗林,郑伟,刘红苹. 河北冶金. 2012(10)
[5]激光硬化和渗氮复合处理W9Mo3Cr4V高速钢组织与性能[J]. 赵宪,王存山. 中国激光. 2012(07)
[6]一种高速钢刀具强韧化处理工艺—循环QPQ技术[J]. 葛志宏,邓静. 热加工工艺. 2012(12)
[7]深冷及回火处理对高速钢M42组织和力学性能影响[J]. 陈刚,王琼霜,韩季初,周明哲,郭喜如. 湖南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]高速钢刀具复合涂层的研究现状[J]. 孙凯,赵琳,付拴拴. 电镀与环保. 2012(01)
[9]SAPH440钢凝固过程中TiN析出模型[J]. 孙彦辉,高宇,王龙岗,赵晓亮. 炼钢. 2011(03)
[10]粉末高速钢的研究进展[J]. 闫建新,李在元. 硬质合金. 2010(05)
博士论文
[1]硅影响M2高速钢中碳化物形成和转变的研究[D]. 王维青.重庆大学 2012
硕士论文
[1]双金属带锯条齿材M42高速钢性能评价及淬火冷却方式研究[D]. 马凯.中南大学 2014
[2]含氮与稀土M2高速钢碳化物特性研究[D]. 冯唯伟.燕山大学 2013
[3]新型高硼高速钢的微观组织与性能研究[D]. 吴中佳.中南大学 2013
本文编号：3576576
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１中国２０００－２００９年高速钢产置变化丨５！??
钢中主要碳化物的特征如下：??（１）?Ｍ６Ｃ型碳化物??Ｍ６Ｃ碳化物的典型形貌为“鱼骨”状［５５？］，较粗大，如图２－９所示。它??是Ｗ系和Ｗ－Ｍｏ系高速钢中典型的碳化物。Ｍ６Ｃ具有复杂面心立方晶格结??构，单位晶胞中有９６个金属原子和１６个碳子，金属原子分为Ｆｅ和Ｗ（Ｍｏ）??两类，二者各占一半，如图２－１０所示ｆ％。在含Ｗ系高速钢中，Ｍ６Ｃ主要的??化学式为Ｆｅ３Ｗ３Ｃ至Ｆｅ４Ｗ２Ｃ，或在二者直接波动，即会出现Ｆｅ占据部分Ｗ??的位置的情况。相同的是，在Ｍｏ系高速钢中，Ｍ６Ｃ主要的化学式为Ｆｅ３Ｍｏ３Ｃ??至Ｆｅ４Ｍｏ２Ｃ。在Ｗ－Ｍｏ系高速钢中，Ｗ、Ｍｏ原子根据其在钢中的含量，Ｍ６Ｃ??化学式中而保持一定的比例。Ｍ６Ｃ?—般溶解有Ｃｒ和Ｖ，在晶格中这些金属??原子通常占据Ｆｅ和Ｗ、Ｍｏ的位置。各元素在Ｍ６Ｃ中的含量与它们在钢中??的总含量有关。其复杂立方晶格结构决定了?Ｍ６Ｃ碳化物以树枝状的形式进行??生长，而这种结构在外力作用下不容易发生弯曲和拉伸，锻造时不易破碎，??－１３?－??
（２）?ＭＣ型碳化物??ＭＣ型碳化物通常呈不规则块状，其三维形貌如图２－１１所示，在高速钢??的凝固过程中其形成温度范围很宽，大部分是在较高温度直接在液相中形成??的，尺寸较大，只有少部分是通过共晶反应形成的［５９，６（）］。ＭＣ型碳化物具有??ＮａＣｌ型面心立方结构，在ＭＣ和Ｍ４Ｃ３之间变化，其结构如图２－１２所示［６１］。??Ｖ是这类碳化物中的主要元素，另外还有一定量的Ｗｏ、Ｍｏ和Ｃｒ，其中Ｆｅ??的含量较少，合金元素在ＭＣ碳化物中的含量和钢中各元素的含量有关，化??学式可以写为ＭＣｘ（ｘ矣１）：若全部八面体间隙均被碳原子占据，即当ｘ＝ｌ时，??其成分为ＭＣ；当ｘ＜ｌ时，有些八面体间隙未被碳原子占据，便形成无碳的??空位，化学成分发生变化。ＭＣ碳化物具有高的硬度，可有效地增加钢的硬??度和耐磨性。但由于初生碳化物ＭＣ的尺寸较大，经过锻轧后也只能是在一??定程度上得到碎化，在钢中仍会有大块状ＭＣ碳化物，它将降低高速钢的韧??性和磨削性能。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Morphology,microstructure and decomposition behavior of M2C carbides in high speed steel[J]. Xue-feng Zhou,Di Liu,Wang-long Zhu,Feng Fang,Yi-you Tu,Jian-qing Jiang. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2017(01)
[2]A New Approach for Refining Carbide Dimensions in M42 Super Hard High-speed Steel[J]. Xue-feng ZHOU,Wang-long ZHU,Hong-bing JIANG,Feng FANG,Yi-you TU,Jian-qing JIANG. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(08)
[3]AHPT15M粉末冶金高速钢冷处理工艺研究[J]. 梁文瑞,孙世清,王丽婷,马文旭. 热处理技术与装备. 2012(06)
[4]HYW3高速钢热处理工艺与性能研究[J]. 孙宗林,郑伟,刘红苹. 河北冶金. 2012(10)
[5]激光硬化和渗氮复合处理W9Mo3Cr4V高速钢组织与性能[J]. 赵宪,王存山. 中国激光. 2012(07)
[6]一种高速钢刀具强韧化处理工艺—循环QPQ技术[J]. 葛志宏,邓静. 热加工工艺. 2012(12)
[7]深冷及回火处理对高速钢M42组织和力学性能影响[J]. 陈刚,王琼霜,韩季初,周明哲,郭喜如. 湖南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]高速钢刀具复合涂层的研究现状[J]. 孙凯,赵琳,付拴拴. 电镀与环保. 2012(01)
[9]SAPH440钢凝固过程中TiN析出模型[J]. 孙彦辉,高宇,王龙岗,赵晓亮. 炼钢. 2011(03)
[10]粉末高速钢的研究进展[J]. 闫建新,李在元. 硬质合金. 2010(05)
博士论文
[1]硅影响M2高速钢中碳化物形成和转变的研究[D]. 王维青.重庆大学 2012
硕士论文
[1]双金属带锯条齿材M42高速钢性能评价及淬火冷却方式研究[D]. 马凯.中南大学 2014
[2]含氮与稀土M2高速钢碳化物特性研究[D]. 冯唯伟.燕山大学 2013
[3]新型高硼高速钢的微观组织与性能研究[D]. 吴中佳.中南大学 2013
本文编号：3576576
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