高速工具钢（M2）连铸工艺基础研究
发布时间：2021-04-09 14:00
高速钢具有高硬度、高耐磨性、优异的红硬性等优点,是制造加工业不可或缺的基础材料。目前,我国高速钢生产仍然依赖模铸-电渣流程,生产效率低下,生产成本较高。开展连铸工艺相关基础研究,将有助于高速钢连铸的实现,进而优化高速钢的生产工艺流程。以高速钢连铸的实现为研究目标,通过实验室模拟实验及相关检测分析,明确了 M2钢凝固过程冷却速率与元素偏析、碳化物析出、晶粒尺寸的关系;通过理论分析,分析了 M2钢凝固过程的碳化物析出的热力学及裂纹敏感性。通过ProCAST软件模拟、实验室规模的M2钢连铸试验研究,研究了连铸工艺参数对M2钢连铸坯质量的影响,提出并优化了适应于M2钢连铸的铸坯断面及连铸工艺参数。研究结果如下:M2钢凝固过程冷却速率与元素偏析、碳化物析出、晶粒尺寸的关系研究表明:（1）1.5 K/s的冷却速率下M2钢凝固过程的包晶反应充分进行,时长为32.7 s,在γ晶界上存在裂纹;10 K/s冷却速率下凝固过程时长仅为5.7s,包晶反应得到抑制,未观察到包晶反应和晶界裂纹。M2钢铸态凝固组织中晶粒尺寸（DL）与冷却速率（CR）之间的关系式为:DL=93.9CR-0.33。（2）随着冷却速率的...
【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】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－ｌＭ２Ｃ共晶碳化物三维形态（ａ：片层状Ｍ２Ｃ碳化物；ｂ：纤维状Ｍ２Ｃ碳化物）??
（ａ）?（ｂ）??图２－２不同形态Ｍ２Ｃ晶胞内的原子排布（ａ：片状Ｍ２Ｃ；?ｂ：纤维状Ｍ２Ｃ）??２）影响髙速钢中碳化物析出的因素??影响碳化物析出类型的因素主要有成分和冷却速率两个方面。??（１）成分??不同的高速钢体系，主要合金元素的差别使得碳化物类型有很大的不同。??Ｖ具有明显增加ＭＣ和Ｍ２Ｃ碳化物的数量，降低Ｍ６Ｃ碳化物数量的特性，??故Ｖ通过影响Ｍ６Ｃ和ＭＣ之间的平衡从而促使或抑制Ｍ２Ｃ碳化物的形成。??Ｓｉ明显促使Ｍ６Ｃ碳化物的形成，降低Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性，促使Ｍ２Ｃ碳化??物的分解［２４，２５］。高速钢中主要的合金元素Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含量变化对高速钢共晶??碳化物形成的影响如图２－３所示［２６］。从图２－３可以看出：Ｗ主要导致Ｍ６Ｃ碳??化物的形成；Ｍｏ使Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性增加。??５－１???＾?４＇?Ｍ．２Ｃ＋ＭＣ??Ｉ?３??＾?ｊ?＿?Ｍ６Ｃ＋?ＭＣ??Ｉ?＼??０－１?１?１???１８Ｗ?１２Ｗ３Ｍｏ?６Ｗ６Ｍ０?９Ｍｏ??图２－３?Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含置变化对高速钢共晶碳化物形成的影响??当Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ的含量足够高时会形成ＭＣ碳化物，Ｍ６Ｃ碳化物在一些合??金元素如Ｗ、Ｓｉ、Ｎ含量足够高时容易形成，而且比较稳定。Ｃ、Ｍｏ、Ｃｏ??促使Ｍ２Ｃ碳化物的形成［２７］。??－６－??
Ｓｉ明显促使Ｍ６Ｃ碳化物的形成，降低Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性，促使Ｍ２Ｃ碳化??物的分解［２４，２５］。高速钢中主要的合金元素Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含量变化对高速钢共晶??碳化物形成的影响如图２－３所示［２６］。从图２－３可以看出：Ｗ主要导致Ｍ６Ｃ碳??化物的形成；Ｍｏ使Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性增加。??５－１???＾?４＇?Ｍ．２Ｃ＋ＭＣ??Ｉ?３??＾?ｊ?＿?Ｍ６Ｃ＋?ＭＣ??Ｉ?＼??０－１?１?１???１８Ｗ?１２Ｗ３Ｍｏ?６Ｗ６Ｍ０?９Ｍｏ??图２－３?Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含置变化对高速钢共晶碳化物形成的影响??当Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ的含量足够高时会形成ＭＣ碳化物，Ｍ６Ｃ碳化物在一些合??金元素如Ｗ、Ｓｉ、Ｎ含量足够高时容易形成，而且比较稳定。Ｃ、Ｍｏ、Ｃｏ??促使Ｍ２Ｃ碳化物的形成［２７］。??－６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土元素对高速钢组织和性能的影响[J]. 贾成厂,张万里,胡彬涛,张子涵,高思彤,刘博文. 粉末冶金技术. 2017(06)
[2]国内外高速钢的研究现状和进展[J]. 吴红庆,吴晓春. 模具制造. 2017(12)
[3]基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究[J]. 毛明涛,郭汉杰,孙晓林,王飞,陈希春,郭靖. 工程科学学报. 2017(08)
[4]铝对高硼高速钢相图与凝固组织的影响[J]. 杨勇维,符寒光,王开明,雷永平,朱礼龙,江亮. 材料热处理学报. 2016(07)
[5]00Cr13Ni5Mo钢加热及冷却过程的相变原位观察及相关研究[J]. 刘璐,杨志刚,张弛. 动力工程学报. 2016(04)
[6]Increasing Solidification Rate of M2 High-Speed Steel Ingot by Fusible Metal Mold[J]. Yan-Liang Ji,Wei Zhang,Xiao-Yang Chen,Jian-Guo Li. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(04)
[7]基于微观偏析模型的连铸方坯内裂纹敏感性研究[J]. 窦坤,卿家胜,王雷,张晓峰,王宝,刘青,董洪标. 金属学报. 2014(12)
[8]电磁搅拌的冶金效果[J]. 本刊讯. 涟钢科技与管理. 2014(04)
[9]H13钢电渣锭、锻造及淬回火过程中碳化物析出行为[J]. 宁安刚,郭汉杰,陈希春,孙晓林. 北京科技大学学报. 2014(07)
[10]连铸坯质量控制零缺陷战略[J]. 蔡开科,孙彦辉,韩传基. 连铸. 2011(S1)
硕士论文
[1]压力加工对高速钢碳化物均匀性与性能的影响[D]. 梁敬斌.河北工业大学 2007
本文编号：3127749
【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】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－ｌＭ２Ｃ共晶碳化物三维形态（ａ：片层状Ｍ２Ｃ碳化物；ｂ：纤维状Ｍ２Ｃ碳化物）??
（ａ）?（ｂ）??图２－２不同形态Ｍ２Ｃ晶胞内的原子排布（ａ：片状Ｍ２Ｃ；?ｂ：纤维状Ｍ２Ｃ）??２）影响髙速钢中碳化物析出的因素??影响碳化物析出类型的因素主要有成分和冷却速率两个方面。??（１）成分??不同的高速钢体系，主要合金元素的差别使得碳化物类型有很大的不同。??Ｖ具有明显增加ＭＣ和Ｍ２Ｃ碳化物的数量，降低Ｍ６Ｃ碳化物数量的特性，??故Ｖ通过影响Ｍ６Ｃ和ＭＣ之间的平衡从而促使或抑制Ｍ２Ｃ碳化物的形成。??Ｓｉ明显促使Ｍ６Ｃ碳化物的形成，降低Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性，促使Ｍ２Ｃ碳化??物的分解［２４，２５］。高速钢中主要的合金元素Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含量变化对高速钢共晶??碳化物形成的影响如图２－３所示［２６］。从图２－３可以看出：Ｗ主要导致Ｍ６Ｃ碳??化物的形成；Ｍｏ使Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性增加。??５－１???＾?４＇?Ｍ．２Ｃ＋ＭＣ??Ｉ?３??＾?ｊ?＿?Ｍ６Ｃ＋?ＭＣ??Ｉ?＼??０－１?１?１???１８Ｗ?１２Ｗ３Ｍｏ?６Ｗ６Ｍ０?９Ｍｏ??图２－３?Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含置变化对高速钢共晶碳化物形成的影响??当Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ的含量足够高时会形成ＭＣ碳化物，Ｍ６Ｃ碳化物在一些合??金元素如Ｗ、Ｓｉ、Ｎ含量足够高时容易形成，而且比较稳定。Ｃ、Ｍｏ、Ｃｏ??促使Ｍ２Ｃ碳化物的形成［２７］。??－６－??
Ｓｉ明显促使Ｍ６Ｃ碳化物的形成，降低Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性，促使Ｍ２Ｃ碳化??物的分解［２４，２５］。高速钢中主要的合金元素Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含量变化对高速钢共晶??碳化物形成的影响如图２－３所示［２６］。从图２－３可以看出：Ｗ主要导致Ｍ６Ｃ碳??化物的形成；Ｍｏ使Ｍ２Ｃ碳化物的稳定性增加。??５－１???＾?４＇?Ｍ．２Ｃ＋ＭＣ??Ｉ?３??＾?ｊ?＿?Ｍ６Ｃ＋?ＭＣ??Ｉ?＼??０－１?１?１???１８Ｗ?１２Ｗ３Ｍｏ?６Ｗ６Ｍ０?９Ｍｏ??图２－３?Ｗ、Ｍｏ、Ｖ含置变化对高速钢共晶碳化物形成的影响??当Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ的含量足够高时会形成ＭＣ碳化物，Ｍ６Ｃ碳化物在一些合??金元素如Ｗ、Ｓｉ、Ｎ含量足够高时容易形成，而且比较稳定。Ｃ、Ｍｏ、Ｃｏ??促使Ｍ２Ｃ碳化物的形成［２７］。??－６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]稀土元素对高速钢组织和性能的影响[J]. 贾成厂,张万里,胡彬涛,张子涵,高思彤,刘博文. 粉末冶金技术. 2017(06)
[2]国内外高速钢的研究现状和进展[J]. 吴红庆,吴晓春. 模具制造. 2017(12)
[3]基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究[J]. 毛明涛,郭汉杰,孙晓林,王飞,陈希春,郭靖. 工程科学学报. 2017(08)
[4]铝对高硼高速钢相图与凝固组织的影响[J]. 杨勇维,符寒光,王开明,雷永平,朱礼龙,江亮. 材料热处理学报. 2016(07)
[5]00Cr13Ni5Mo钢加热及冷却过程的相变原位观察及相关研究[J]. 刘璐,杨志刚,张弛. 动力工程学报. 2016(04)
[6]Increasing Solidification Rate of M2 High-Speed Steel Ingot by Fusible Metal Mold[J]. Yan-Liang Ji,Wei Zhang,Xiao-Yang Chen,Jian-Guo Li. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(04)
[7]基于微观偏析模型的连铸方坯内裂纹敏感性研究[J]. 窦坤,卿家胜,王雷,张晓峰,王宝,刘青,董洪标. 金属学报. 2014(12)
[8]电磁搅拌的冶金效果[J]. 本刊讯. 涟钢科技与管理. 2014(04)
[9]H13钢电渣锭、锻造及淬回火过程中碳化物析出行为[J]. 宁安刚,郭汉杰,陈希春,孙晓林. 北京科技大学学报. 2014(07)
[10]连铸坯质量控制零缺陷战略[J]. 蔡开科,孙彦辉,韩传基. 连铸. 2011(S1)
硕士论文
[1]压力加工对高速钢碳化物均匀性与性能的影响[D]. 梁敬斌.河北工业大学 2007
本文编号：3127749
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