超高钒铌粉末冶金高速钢的强化机理与固相焊接工艺研究
发布时间：2021-08-07 15:19
粉末冶金高速钢（简称为粉末高速钢）作为机械加工中切削、切割工具的主要用材拥有着五十多年的历史,从采用大型中间钢包的气雾化-热等静压的第一代粉末高速钢到如今生产工艺多样化、组元多样化的第三代粉末高速钢,粉末高速钢逐渐完成了钢液成分的优化控制、雾化粉末性能的提升和各阶段生产设备的改良与升级;随后科研工作者针对工业化的需求,延伸至对材料高合金甚至超合金化的探索,着重于获得更佳的组织及性能;至此,更优合金化方案及更高性能的粉末高速钢层出不穷,也逐步发展成21世纪极具潜力与发展的刀具材料。本研究打破传统熔炼、雾化等工艺对合金元素加入的限制,通过DFT直接制备工艺引入超高含量钒铌进行复合强化,并从材料制备和强化两大关键过程进行研究,包括超高合金的固相烧结致密化、钒铌复合强化机理与成分优化、超高合金粉末高速钢强韧化等,逐步建立和完善超高合金粉末高速钢的致密化机制、超高钒铌的作用机理与限度以及超高合金粉末高速钢的强韧化工艺。其次,为降低高合金粉末高速钢的使用成本,提高材料利用率,研究尝试采用热压辅助扩散焊对ASP 60和W18Cr4V进行焊接以减少生产中粉末高速钢的使用量。文章主要结论如下:1.采用D...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2017年中国刀具消费额（亿元）[1]
湘潭大学硕士学位论文2图1-22007、2013年度四大主流刀具材料的市场占比[4-7]Fig.1-2Marketshareofthefourmajorcuttingtoolmaterialsin2007and2013[4-7]表1-1各类主流刀具材料性能[4-7]Table1-1Materialpropertiesofvariousmainstreamtools[4-7]表1-2四大主流刀具材料特点及应用[4-7]Table1-2Featuresandapplicationsofthefourmajorcuttingtoolmaterials[4-7]
?金高速钢消费占比高达15%，而中国则不足0.3%。相较于我国自1996年突破亿吨大关并连续24年产量保持世界前列的粗钢产量[8-10]，我国特钢（尤其是高性能、合金工具钢、高合金工具钢）仍处于初级阶段，其产量、质量与应用都存在着巨大的鸿沟，然而特钢作为工业化的基础材料，其应用遍布各个行业，也决定了一个国家的高端加工及制造业的发展高度。因此发展高性能、高合金高速钢及粉末冶金高速钢（以下简称为粉末高速钢）以填补国产特钢产量、特钢质量的空缺，并提升生产制造水平，是当今“中国制造2025”国家战略的重中之重。图1-3中、美各类高速钢消费占比Fig.1-3Consumptionproportionofhigh-speedsteelinChinaandtheUnitedStates1.2高速钢的发展历史国际生产工程学会(CIRP)曾在报告中提出：“由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍。”图1-4为高速钢的发展历史，在这100年中，不断有新的材料出现，原有的材料也不断优化。而对于高速钢合金化方案的研究及生产设备及工艺的优化升级却是高速钢发展亘古不变的主题。20世纪60年代后期，瑞典BSAMetalPowder公司宣布粉末冶金高速钢制造工艺实验成功[11]，并在1965年于美国Cruciblesteels公司进一步研发并形成小批量生产，但基于工艺及技术的不够成熟[12]，以及推广力度不足，其应用价值直到20世纪70年代才逐渐被发现，随后瑞典、美国、日本等国家采用气雾化-热等静压工艺形成具有产业化的粉末冶金高速钢生产线。至此，粉末高速钢的发展乘上了高速列车，从20世纪70~80年代，美国Cruciblesteels及瑞典Stora公司采用电渣重熔（ESR）工艺制备出超出普通熔炼高速钢2倍使用性能的第一代粉末冶金高速钢。紧接着，各大厂商通过对钢液纯净度的优化以及生产设备的改进，于20世纪90年代形?
【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]AISI304/低碳钢真空扩散焊接头组织和性能[J]. 黄须强,王大伟,修世超. 东北大学学报(自然科学版). 2017(12)
[3]惯性摩擦焊接技术及其在航空工业领域的应用[J]. 耿培皓,秦国梁. 精密成形工程. 2017(05)
[4]淬火温度对添加B4C的ASP30粉末冶金高速钢组织及力学性能的影响[J]. 刘少峰,贺跃辉,张乾坤,黄晓琳,肖小华. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(06)
[5]硬质合金与钢电子束焊接接头组织及性能[J]. 陈国庆,张秉刚,吴振中,何俊,冯吉才. 焊接学报. 2013(06)
[6]高速切削刀具材料的发展应用研究[J]. 祝溪明. 机械设计与制造. 2012(11)
[7]世界粉末冶金高速钢的研究和生产现状[J]. 李响妹,卢军,王琦,朱祖昌. 热处理技术与装备. 2011(05)
[8]硬质合金刀具材料发展现状与趋势[J]. 陶国林,蒋显全,黄靖. 金属功能材料. 2011(03)
[9]Breakdown Behavior of Eutectic Carbide in High Speed Steel During Hot Compression[J]. ZHOU Bin,SHEN Yu,CHEN Jun,CUI Zhen-shan(National Engineering Research Center of Die and Mold CAD,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200030,China). Journal of Iron and Steel Research（International）. 2011(01)
[10]超硬刀具材料的发展与应用[J]. 余东满,高志华,李晓静,王笛. 新技术新工艺. 2010(11)
硕士论文
[1]M32粉末高速钢旋转锻造及热处理工艺研究[D]. 冯养巨.哈尔滨工业大学 2013
[2]钢管径向摩擦焊接工艺研究[D]. 张春波.机械科学研究总院 2012
[3]回火工艺对W6Mo5Cr4V2高速钢扭转性能影响研究[D]. 倪晓臣.武汉理工大学 2010
本文编号：3328041
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2017年中国刀具消费额（亿元）[1]
湘潭大学硕士学位论文2图1-22007、2013年度四大主流刀具材料的市场占比[4-7]Fig.1-2Marketshareofthefourmajorcuttingtoolmaterialsin2007and2013[4-7]表1-1各类主流刀具材料性能[4-7]Table1-1Materialpropertiesofvariousmainstreamtools[4-7]表1-2四大主流刀具材料特点及应用[4-7]Table1-2Featuresandapplicationsofthefourmajorcuttingtoolmaterials[4-7]
?金高速钢消费占比高达15%，而中国则不足0.3%。相较于我国自1996年突破亿吨大关并连续24年产量保持世界前列的粗钢产量[8-10]，我国特钢（尤其是高性能、合金工具钢、高合金工具钢）仍处于初级阶段，其产量、质量与应用都存在着巨大的鸿沟，然而特钢作为工业化的基础材料，其应用遍布各个行业，也决定了一个国家的高端加工及制造业的发展高度。因此发展高性能、高合金高速钢及粉末冶金高速钢（以下简称为粉末高速钢）以填补国产特钢产量、特钢质量的空缺，并提升生产制造水平，是当今“中国制造2025”国家战略的重中之重。图1-3中、美各类高速钢消费占比Fig.1-3Consumptionproportionofhigh-speedsteelinChinaandtheUnitedStates1.2高速钢的发展历史国际生产工程学会(CIRP)曾在报告中提出：“由于刀具材料的改进，刀具的允许切削速度每隔十年几乎提高一倍。”图1-4为高速钢的发展历史，在这100年中，不断有新的材料出现，原有的材料也不断优化。而对于高速钢合金化方案的研究及生产设备及工艺的优化升级却是高速钢发展亘古不变的主题。20世纪60年代后期，瑞典BSAMetalPowder公司宣布粉末冶金高速钢制造工艺实验成功[11]，并在1965年于美国Cruciblesteels公司进一步研发并形成小批量生产，但基于工艺及技术的不够成熟[12]，以及推广力度不足，其应用价值直到20世纪70年代才逐渐被发现，随后瑞典、美国、日本等国家采用气雾化-热等静压工艺形成具有产业化的粉末冶金高速钢生产线。至此，粉末高速钢的发展乘上了高速列车，从20世纪70~80年代，美国Cruciblesteels及瑞典Stora公司采用电渣重熔（ESR）工艺制备出超出普通熔炼高速钢2倍使用性能的第一代粉末冶金高速钢。紧接着，各大厂商通过对钢液纯净度的优化以及生产设备的改进，于20世纪90年代形?
【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]AISI304/低碳钢真空扩散焊接头组织和性能[J]. 黄须强,王大伟,修世超. 东北大学学报(自然科学版). 2017(12)
[3]惯性摩擦焊接技术及其在航空工业领域的应用[J]. 耿培皓,秦国梁. 精密成形工程. 2017(05)
[4]淬火温度对添加B4C的ASP30粉末冶金高速钢组织及力学性能的影响[J]. 刘少峰,贺跃辉,张乾坤,黄晓琳,肖小华. 粉末冶金材料科学与工程. 2016(06)
[5]硬质合金与钢电子束焊接接头组织及性能[J]. 陈国庆,张秉刚,吴振中,何俊,冯吉才. 焊接学报. 2013(06)
[6]高速切削刀具材料的发展应用研究[J]. 祝溪明. 机械设计与制造. 2012(11)
[7]世界粉末冶金高速钢的研究和生产现状[J]. 李响妹,卢军,王琦,朱祖昌. 热处理技术与装备. 2011(05)
[8]硬质合金刀具材料发展现状与趋势[J]. 陶国林,蒋显全,黄靖. 金属功能材料. 2011(03)
[9]Breakdown Behavior of Eutectic Carbide in High Speed Steel During Hot Compression[J]. ZHOU Bin,SHEN Yu,CHEN Jun,CUI Zhen-shan(National Engineering Research Center of Die and Mold CAD,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200030,China). Journal of Iron and Steel Research（International）. 2011(01)
[10]超硬刀具材料的发展与应用[J]. 余东满,高志华,李晓静,王笛. 新技术新工艺. 2010(11)
硕士论文
[1]M32粉末高速钢旋转锻造及热处理工艺研究[D]. 冯养巨.哈尔滨工业大学 2013
[2]钢管径向摩擦焊接工艺研究[D]. 张春波.机械科学研究总院 2012
[3]回火工艺对W6Mo5Cr4V2高速钢扭转性能影响研究[D]. 倪晓臣.武汉理工大学 2010
本文编号：3328041
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