M2粉末冶金高速钢的制备及性能与组织研究

发布时间：2020-04-13 18:51

【摘要】：高速钢(HSS)具有高硬度、高耐磨性、高切削韧性以及良好的热硬性;除主要应用于工具材料外,在模具及结构材料等方面的应用也日益广泛。采用粉末冶金(PM)工艺生产的高速钢可以从根本上解决高速钢碳化物粗大及分布不均匀的问题。但由于高速钢合金成分复杂,其致密度与显微组织对烧结参数的选择十分敏感。因此对粉末冶金高速钢制备工艺的研究是高速钢进一步发展的关键工作。本文采用真空烧结技术制备M2粉末冶金高速钢,并研究其组织与力学性能。实验结果表明:(1)随着球磨时间的增加,粉末细化速率先快后慢,20h后趋于平缓,且粉末的团聚不断加剧,开始出现冷焊现象。在烧结温度1245℃、保温时间1h的工艺下所制备的真空烧结M2粉末冶金高速钢,其显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析;相对密度达到98%以上,硬度HRC达到52.5,磨损失重为0.032g,抗弯强度为2100MPa。1200℃淬火,550℃三次回火后,硬度HRC达到65以上。(2)碳含量对M2粉末冶金高速钢试样的显微组织有着显著的影响。碳添加量为1.0wt.%~1.1wt.%的M2粉末冶金高速钢试样组织致密,晶粒细小,弥散的M6C与MC型碳化物均匀分布于基体上;碳含量高于1.1 wt.%后,碳化物尺寸明显变大,并且晶粒内的颗粒状碳化物数量明显增多。M2粉末冶金高速钢随着碳含量的增加,其显微硬度值与致密化程度呈上升的趋势。碳含量对烧结温度参数的影响主要体现在能够降低高速钢的烧结温度,并扩大烧结温度范围。(3)低成本高速钢其烧结窗口在1245℃~1255℃之间。烧结温度为1255℃时,M2高速钢致密化程度相对较高,相对密度达到92%以上。对低成本高速钢试样进行了硬度与耐磨性实验。在加入钨铁、钒铁后,材料洛氏硬度相对于普通高速钢有所下降,宏观硬度HRC低于普通高速钢6~7。随着烧结温度的提高,M2高速钢耐磨性出现先提高后下降的趋势。对低成本高速钢烧结试样进行不同淬火温度的热处理;随淬火温度的升高,试样硬度逐渐升高,洛氏硬度最高达到55以上。但淬火温度超过1220℃后,硬度反而出现下降。淬火温度为1200~1220℃时,高速钢中晶粒细小,无网状碳化物组织。
【图文】：

分类图,液相烧结,分类图,粉末冶金

一种是将预合金化的粉末加热到固相线温度和液相线温度之间的温度，进行超固相线温度烧结。熔渗是液相烧结的特例，此时多孔骨架的固相烧结和低熔金属浸透骨架后的液相烧结同时存在。因此，可以得到图1-1所示的液相烧结分类图。

不均匀分布,M2高速钢,显微组织,碳化物

型碳化物会分解为MC与M6C型碳化物。退火前后M2高速钢显微组织如图1-2所示。文献[28]研究了高速钢碳化物形貌对热加工工艺及模具寿命的影响。结果表明碳化物不均匀分布，增加钢的过热敏感性。因碳和合金元素富集，降低了碳化物堆集处熔点，导致碳化物堆集处加热时晶粒急剧长大，发生组织过热、过烧，易引起应力集中，成为裂纹源，导致淬火开裂。并且碳化物不均匀堆集易造成碳化物剥落。因碳化物堆集处附近晶粒粗大，降低了晶粒之间结合力，降低了强韧性与综合机械力学性能，，同时该处存在较大组织应力，工模具服役时在外力作用下造成碳化物剥落失去精度，导致早期失效。表 1-2 各种类型碳化物中合金元素含量[24-26]Table 1-2 Alloy element content of carbide[24-26]碳化物 W Mo Cr V Co FeM6C 46.0 16.0 3.2 3.8 4.3 27.0MC 2.1 20.7 7.3 42.6 1.7 25.7Cr23C62.0 4.0 50.0 8.0 - 37.0MC 6.2 1.3 4.4 72.0 0.1 6.2富Fe-Cr相12.6 2.1 26.1 5.8 - 53.7M2C 36.0 31.0 7.7 14.7 - 10.71.3.2 合金元素的影响粉末高速钢中添加元素，在高速钢中的主要作用是形成硬的碳化物，影响高速钢中其它碳化物的形成
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF125.1

【参考文献】