喷射成形M3型高速钢碳化物演变规律及机理研究

发布时间：2019-01-14 11:39

【摘要】：装备制造业所需的工具钢通常采用铸造、大变形量锻造及复杂热处理来改善钢中碳化物尺寸和分布以使性能获得改善,但此方法难以制备高品质高合金化的M3型高速钢,因此只能采用工艺复杂、成本高的粉末冶金方法制备。而喷射成形工艺独有的技术优势使其一定程度上可替代粉末冶金方法来制备高合金化的高速钢。本研究团队一直致力于喷射成形技术制备高速钢的研究,已成功制备了喷射成形含铌M3型高速钢,其硬度和强度超过粉末冶金ASP23高速钢,但对Nb在其中的作用机理尚不清楚,所以明确Nb在喷射成形M3型高速钢中的影响规律及作用机制是十分必要的。本文通过对喷射成形含铌M3型高速钢沉积态、热加工及淬回火过程中组织演变及碳化物析出行为的研究和认识,来阐明Nb对喷射成形M3型高速钢组织演变及碳化物形成与转变的影响机制。本文针对Nb在喷射成形高速钢中作用机制的认识和明确可为喷射成形高合金化含Nb高速钢的性能稳定、应用和推广提供理论基础。主要研究结果如下： Nb的引入能显著影响沉积态M3高速钢中碳化物的成分、形貌和分布。0.5-1wt%Nb的添加可使不规则块状VC(5-10μm)转变为高数量密度、均匀分布的球形或近球形V-Nb复合型MC相(4-61μm),同时使层片状M2C碳化物的数量减少、厚度变薄,并使晶粒得到细化。其原因在于Nb的添加提高了MC相析出温度,致使MC相在高温下大量析出并阻碍γ枝晶生长,从而促进了球状MC和细化的丫枝晶及共晶M2C相的形成。随着Nb含量增至2wt%,晶粒尺寸在获得进一步细化的同时使组织中出现了NbC和M6C相。这是由于2wt%Nb的引入使得MC相析出温度提高至包晶反应温度以上,从而促进包晶转变和奥氏体晶粒细化。同时,雾化熔滴或颗粒中形成的M2C相在糊状区分解并生成富W的M6C和NbC,使得NbC数量增加。 Nb的引入使得M2C共晶碳化物的片层尺寸和热稳定性降低,使其在高温变形过程中更易分解为细小的MC和M6C,从而有效改善了合金的热加工性能并使组织均匀。 MC碳化物中部分V和M6C碳化物中少部分的V和Mo被Nb替代以及由于喷射成形工艺引起M6C相中W含量的提高共同使MC与M6C相的热稳定性获得进一步提高,从而使二者更有效地钉扎晶界和抑制晶粒长大。经600℃长时间时效处理后,含2wt%Nb的钢中M2C析出粗化和回溶速度相对于M3钢变缓。研究表明,560-600℃回火过程中,含2wt%Nb的钢中析出的M2C较M3钢更为密集；600℃过时效处理96h后,M3钢中M2C析出数量明显减少且粗化至30-40n,而含2wt%Nb的钢中M2C析出仍为10-20nm；600℃时效处理168h后,M3钢与含2wt%Nb的钢的基体均发生回复,且M3钢中M2C析出完全回溶,而含2wt%Nb的钢中仍存在细小弥散的针状M2C析出(20-50nm),从而使其红硬性得到提高。导致这种现象的原因在于,2wt%Nb的引入使得喷射成形M3钢中一次碳化物的Mo含量减少,而基体固溶的Mo含量增加,提高了回火过程中M2C的粗化抗力,有利于形成高密度、细小弥散的M2C析出。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1

【参考文献】