直接添加碳化钒对粉末高速钢烧结性能及组织演变的影响研究
发布时间：2022-01-05 01:17
研究不同比例碳化钒（VC）颗粒取代单质V粉加入时对粉末高速钢致密度、显微组织和性能的影响,分析不同烧结保温时间条件下强化相组成的差异以及对材料性能的作用机理。结果表明:添加VC颗粒的比例逐渐增高时,改善了元素V与基体之间的结合状态,有效促进高速钢的烧结致密化。保温时间为90 min时,添加VC颗粒的试样组织内部出现了大量的板条状M2C型碳化物,而当保温时间延长至120 min时,高速钢组织内M2C碳化物分解较为完全,同时产生了大量细小的M6C和MC型碳化物。增大VC颗粒加入的比例有助于高速钢力学性能的提高,在加入比例为150%、保温时间为120 min时取得强度最大值2 597 MPa。高速钢的硬度主要与密度和强化相的性质有关,该研究制备得到的高速钢硬度基本维持在51～52 HRC左右。
【文章来源】：西北工业大学学报. 2020,38(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
烧结工艺曲线
图3为烧结保温时间为90 min时,添加不同比例VC颗粒时高速钢的微观组织形貌。各种类型碳化物具体元素组成的能谱分析结果见表3。由背散射电子成像原理及标准M2高速钢合金物相组成可知[14],图3中呈块状或角状的亮白色组织为W、Mo等原子序数较大元素富集的M6C型碳化物;组织中分布比较杂乱的棒状或板条状的白色碳化物类型为M2C,含有较多的Mo、V元素;组织中的灰色相主要为V的碳化物,C和V的比例接近于1∶1,溶解有少量的W、Mo等元素,是标准的MC型碳化物。显微组织中剩余的大部分区域为α-Fe基体,Fe的含量超过70%,溶解有一定量的Cr。表3 高速钢中不同类型碳化物的合金元素组成 % 类型 W Mo Cr V C Fe M6C 14.16 10.96 5.71 5.69 14.39 49.09 M2C 14.13 17.57 8.10 25.33 20.12 14.74 MC 7.52 8.77 4.31 51.83 21.63 6.94
图2为不同比例VC颗粒加入时,试样在1 220℃分别保温90 min与120 min的密度变化曲线。从图中可以看出,试样密度随着添加VC颗粒比例的增加呈现出明显的的先上升后下降的趋势,且延长保温时间至120 min时,试样的密度基本保持不变或略有上升。利用VC颗粒逐步取代元素V粉作为钒源加入时,对于材料密度的提升作用明显,当全部以单质V粉加入时,试样的密度仅为7.66 g·cm-3,致密度低于94%,而利用50%VC部分取代元素V加入时,试样密度迅速提升至8.00 g·cm-3左右,相对密度达到98%,组织内部孔隙数量明显减少。造成这种密度变化的原因主要包括2个方面:①原料粉末经高能球磨、混料等预处理时,不可避免地会引入一定的氧造成元素V的氧化,V与O的结合较为紧密,脱氧温度段难以实现有效去除,甚至可能由于内部氧传递的机制导致二次氧化[12]。V氧化物的存在恶化了与基体之间的结合状态,增加了合金元素与基体之间物质交换的阻力,导致组织中V元素富集的地方会出现一定数量的孔隙,进而造成致密度降低。直接添加的VC颗粒相比元素V而言,在脱氧温度段V与C之间的结合较为紧密,可有效改善V的氧化问题,材料致密化阻力降低;②V氧化物在烧结温度条件下发生一定程度的还原也会造成试样致密度降低。高速钢中合金元素含量较多,且整个烧结过程在高真空度的条件下进行,可在一定程度上促进V氧化物的还原,但是反应进程相对较慢。在1 220℃的烧结温度时,试样表面致密化相对较快,内部还原出来一定量气体难以有效排出,造成组织中有较为粗大的气孔存在,严重阻碍了试样致密化程度的提高[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳含量对元素粉末法制备M2高速钢组织与性能的影响[J]. 伍文灯,熊翔,刘如铁,栾怀壮,郝彦荣. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(03)
[2]反应烧结合成碳化钒颗粒增强铁基复合材料[J]. 江书勇,徐小玉,朱国女. 热加工工艺. 2010(02)
[3]粉末冶金高速钢生产工艺的发展[J]. 吴元昌. 粉末冶金工业. 2007(02)
[4]固相反应生成VC颗粒增强铁基复合材料[J]. 王一三,丁义超,程凤军,石建国,赖丽. 热加工工艺. 2004(09)
硕士论文
[1]高速钢中MC和M2C的稳定性和力学性能的第一性原理研究[D]. 郑勇.东南大学 2018
[2]M2粉末冶金高速钢的制备及性能与组织研究[D]. 童时伟.湘潭大学 2016
本文编号：3569436
【文章来源】：西北工业大学学报. 2020,38(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
烧结工艺曲线
图3为烧结保温时间为90 min时,添加不同比例VC颗粒时高速钢的微观组织形貌。各种类型碳化物具体元素组成的能谱分析结果见表3。由背散射电子成像原理及标准M2高速钢合金物相组成可知[14],图3中呈块状或角状的亮白色组织为W、Mo等原子序数较大元素富集的M6C型碳化物;组织中分布比较杂乱的棒状或板条状的白色碳化物类型为M2C,含有较多的Mo、V元素;组织中的灰色相主要为V的碳化物,C和V的比例接近于1∶1,溶解有少量的W、Mo等元素,是标准的MC型碳化物。显微组织中剩余的大部分区域为α-Fe基体,Fe的含量超过70%,溶解有一定量的Cr。表3 高速钢中不同类型碳化物的合金元素组成 % 类型 W Mo Cr V C Fe M6C 14.16 10.96 5.71 5.69 14.39 49.09 M2C 14.13 17.57 8.10 25.33 20.12 14.74 MC 7.52 8.77 4.31 51.83 21.63 6.94
图2为不同比例VC颗粒加入时,试样在1 220℃分别保温90 min与120 min的密度变化曲线。从图中可以看出,试样密度随着添加VC颗粒比例的增加呈现出明显的的先上升后下降的趋势,且延长保温时间至120 min时,试样的密度基本保持不变或略有上升。利用VC颗粒逐步取代元素V粉作为钒源加入时,对于材料密度的提升作用明显,当全部以单质V粉加入时,试样的密度仅为7.66 g·cm-3,致密度低于94%,而利用50%VC部分取代元素V加入时,试样密度迅速提升至8.00 g·cm-3左右,相对密度达到98%,组织内部孔隙数量明显减少。造成这种密度变化的原因主要包括2个方面:①原料粉末经高能球磨、混料等预处理时,不可避免地会引入一定的氧造成元素V的氧化,V与O的结合较为紧密,脱氧温度段难以实现有效去除,甚至可能由于内部氧传递的机制导致二次氧化[12]。V氧化物的存在恶化了与基体之间的结合状态,增加了合金元素与基体之间物质交换的阻力,导致组织中V元素富集的地方会出现一定数量的孔隙,进而造成致密度降低。直接添加的VC颗粒相比元素V而言,在脱氧温度段V与C之间的结合较为紧密,可有效改善V的氧化问题,材料致密化阻力降低;②V氧化物在烧结温度条件下发生一定程度的还原也会造成试样致密度降低。高速钢中合金元素含量较多,且整个烧结过程在高真空度的条件下进行,可在一定程度上促进V氧化物的还原,但是反应进程相对较慢。在1 220℃的烧结温度时,试样表面致密化相对较快,内部还原出来一定量气体难以有效排出,造成组织中有较为粗大的气孔存在,严重阻碍了试样致密化程度的提高[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳含量对元素粉末法制备M2高速钢组织与性能的影响[J]. 伍文灯,熊翔,刘如铁,栾怀壮,郝彦荣. 粉末冶金材料科学与工程. 2019(03)
[2]反应烧结合成碳化钒颗粒增强铁基复合材料[J]. 江书勇,徐小玉,朱国女. 热加工工艺. 2010(02)
[3]粉末冶金高速钢生产工艺的发展[J]. 吴元昌. 粉末冶金工业. 2007(02)
[4]固相反应生成VC颗粒增强铁基复合材料[J]. 王一三,丁义超,程凤军,石建国,赖丽. 热加工工艺. 2004(09)
硕士论文
[1]高速钢中MC和M2C的稳定性和力学性能的第一性原理研究[D]. 郑勇.东南大学 2018
[2]M2粉末冶金高速钢的制备及性能与组织研究[D]. 童时伟.湘潭大学 2016
本文编号：3569436
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