包套热挤压M32粉末冶金高速钢的组织性能研究

提出了一种解决粉末冶金高速钢制备工艺繁琐、性价比低等问题的包套热挤压工艺,采用该工艺制备了M32粉末冶金高速钢,研究了不同挤压温度和热处理对M32粉末高速钢的显微组织与性能的影响。结果表明:未热处理时,随挤压温度的升高,试样相对密度及硬度变化趋势一致,均是先升高后降低,在挤压温度为1 240℃时达到峰值,分别为98.04%和45.6HRC;在淬火温度1 180℃以及回火温度560℃热处理后,M32高速钢的晶粒及碳化物颗粒尺寸较小且分布均匀,力学性能最佳,其抗弯强度及硬度分别为3 721.8 MPa和66.7HRC。     

淬火温度对添加B_4C的ASP30粉末冶金高速钢组织及力学性能的影响

采用粉末冶金方法制备添加B_4C的全致密ASP30高速钢,样品在1 040℃到1 200℃范围内淬火,并且经过560℃三次回火,研究淬火温度对其力学性能及显微组织的影响。采用扫描电子显微镜、洛氏硬度计和材料力学性能测试机研究高速钢的组织和力学性能。结果表明:添加质量分数为0.025%B_4C的ASP30粉末冶金高速钢在1 160℃下烧结2 h后会形成月牙形液相碳化物,从而获得全致密的烧结组织。随淬火温度升高,显微组织中碳化物的数量明显减少,基体中合金元素固溶含量提高,基体晶粒长大,断口形貌呈准解理断裂但断口平整度下降。随淬火温度升高,钢的硬度提高,最高值达到69 HRC。抗弯强度、断裂韧性均下降,抗弯强度最高值达4 357MPa,断裂韧性最高值为48.6 MPa/m1/2。冲击韧性先升高后下降,在1 080℃最高为18.85 J/cm2。     

M2高速钢的高温力学性能

在Gleeble- 3800热模拟机上进行了高速工具钢W6Mo5Cr4V2（M2）钢热模拟试验,测试了从650℃到1250℃温度M2钢的高温力学性能,得到了抗拉强度曲线和热塑性曲线,观察了不同温度下试样的金相组织和断口形貌。试验结果表明：M2高速钢的零塑性温度为1220℃,零强度温度为1250℃。良好的塑性温度区为950~1150℃,脆性区主要为1175℃至熔点,在850~950℃存在一个较弱的脆性区。在800℃附近,还存在一个良好的低温超塑性区。分析表明,M2高速钢的高温力学性能与基体组织的相变、碳化物的溶解和低熔点碳化物的熔化有很大关系。     

TiC含量对TiCp/M2高速钢复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了TiCp/M2高速钢复合粉末,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出不同TiC含量的颗粒增强M2粉末冶金高速钢复合材料(TiCp/M2)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末形貌及其烧结试样的显微组织,检测了烧结试样的密度、硬度、抗弯强度及摩擦磨损性能,并探讨了复合材料的磨损机理。结果表明:球磨20h后,粉末形态由近似椭球形转变为不规则形状;放电等离子烧结后复合材料的显微组织均匀细小,晶粒平均尺寸小于2μm,M6C型碳化物平均尺寸小于1μm;致密度、抗弯强度随TiC含量的提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC;TiCp/M2试样的磨损量随着TiC含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当TiC含量为10%时复合材料具有最佳的耐磨性能,其磨损量约为基体材料的1/3。     

Al对M2高速钢铸态组织的影响

试验M2高速钢(%:0.85C、5.92W、4.74Mo、3.86Cr、1.81V)由25 kg真空感应炉熔炼,并用砂型铸造成锭。研究了0～1.3%Al对钢铸态组织的影响。结果表明,加入0.6%Al,可细化共晶莱氏体网,改善碳化物分布;加入过量Al(1.3%),初生晶粒内部出现大量由δ铁素体通过共析转变产生的针状碳化物。Al促进M₂C共晶碳化物形态由弯曲棒状变为平直片层状,并提高其合金元素含量。与片层状M₂C相比,棒状M₂C在高温易分解成短棒状或球状碳化物,有利改善碳化物形态。     

Nb含量对W3M02Cr4V（Nb）高速钢组织和力学性能的影响

研究了0—1．5％Nb对25kg真空感应炉冶炼的W3M02Cr4V钢（％：0．8～1．1C、3．8～4.1Cr、2.9-3．2W、1．8-2．1Mo、1．0-1．3V）组织和力学性能的影响。试验结果表明：随着Nb含量提高，铸态组织中铌碳化物增多；淬火奥氏体晶粒变细；1180℃淬火时，1．2％-1．5％Nb钢比≤0．1％Nb钢HRC值提高了6．0；二次硬化能力和红硬性也得到了提高；使钢在较高淬火温度下的机械性能得到改善。     

SPS烧结M42粉末冶金高速钢的显微组织与性能

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了M42粉末冶金高速钢,研究了SPS烧结M42粉末冶金高速钢及其热处理后的显微组织与性能。结果表明:与普通粉末冶金高速钢相比,SPS烧结制备的M42粉末冶金高速钢显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析。经过在1180℃×5min×550℃×1h的热处理后,硬度比普通粉末冶金高速钢提高1～2HRC。     

硅改性M2高速钢的退火工艺优化

采用不同的退火温度和退火时间对M2-1.0Si硅改性M2高速钢进行退火处理,并通过显微组织、高温力学性能的测试与分析。研究发现:退火温度和退火时间均对硅改性M2高速钢的组织和力学性能产生重要影响,退火温度不宜过高、退火时间不宜过长,保持8 h退火时间不变,随退火温度从760℃增至880℃,M2-1.0Si硅改性M2高速钢的平均晶粒尺寸先基本不变后迅速增大,抗拉强度和断面收缩率均先增加后减小;保持850℃退火温度不变,随退火时间从4 h延长至12 h,硅改性M2高速钢的平均晶粒尺寸先缓慢增大后急剧增大,抗拉强度和断面收缩率均先基本不变后急剧减小。M2-1.0Si硅改性M2高速钢的退火温度优选为850℃、退火时间优选为8 h。     

球磨时间对ZrC-FeCrAl粉末特性及合金力学性能的影响

为进一步提高FeCrAl合金的力学性能,采用机械球磨和放电等离子烧结（spark plasma sintering,SPS）技术制备了纳米ZrC颗粒弥散强化FeCrAl(ZrC-FeCrAl)合金,通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope,TEM）、氧含量分析、粒度分析、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）分析、硬度测试、拉伸性能测试等方法,研究了球磨时间对粉末特性及合金力学性能的影响。结果表明,延长球磨时间有利于粉末颗粒细化,但氧含量过高会导致烧结材料力学性能恶化。当球磨时间为30 h时,粉末平均粒径为72.88μm,氧含量最低,为0.14%（质量分数）;球磨30 h的ZrC-FeCrAl合金具有较好的力学性能,其放电等离子烧结样品的极限抗拉强度、延伸率和维氏硬度分别为1046 MPa、12.1%和HV 349.9。结果证实,添加纳米ZrC可以有效强化FeCrAl合金,为其在耐事故燃料包壳材料中的应用提供了数据支撑。     

淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响

为了研究淬火温度对M4粉末高速钢组织和性能的影响, 利用光学显微镜观察高速钢试样的金相组织, 对淬火组织的晶粒度进行评级, 并对回火组织中碳化物的组成和分布进行统计; 采用洛氏硬度计和材料万能试验机测试试样的硬度和抗弯强度。结果表明: 随淬火温度的升高, M4粉末高速钢淬火后硬度先上升后下降, 在1200 ℃时出现最大值HRC62.9;淬火态试样的晶粒度随淬火温度的升高而降低。经三次回火后M4粉末高速钢硬度值较淬火态均有提高, 且随淬火温度的升高, 先增高后下降, 在淬火温度为1190 ℃时达到最大值HRC66.4。随淬火温度的升高, 回火态试样的抗弯强度逐渐下降, 碳化物聚集长大倾向明显, 尺寸均匀性下降。M4粉末高速钢的最优淬火温度区间为1180~1190 ℃。     

B4C对M3:2粉末冶金高速钢组织与力学性能的影响

本文以水雾化M3:2高速钢预合金粉末为原料,添加适量碳化硼(B4C)粉末颗粒,球磨混合均匀后,经700 MPa单向压制,1190℃和1230℃真空烧结,制备出了综合性能优良的粉末冶金高速钢(powder metallurgy high-speed steel,PM HSS)材料。通过示差扫描量热分析仪(differential scanning calorimeter,DSC)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、电子探针显微分析仪(electro-probe microanalyzer,EPMA)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和万能材料试验机等对烧结粉末冶金高速钢进行物相分析、显微结构观察和力学性能测试。结果表明,当添加体积分数为0.3%B4C时,M3:2粉末冶金高速钢的最佳烧结温度可降低约40℃;1190℃烧结温度下,添加体积分数为0.3%B4C的粉末冶金高速钢硬度为HRC 54.1,抗弯强度3074.09 MPa,与达到致密化时未添加B4C的粉末冶金高速钢相比,硬度提升3.6%,抗弯强度提升10.5%。加入的B4C粉末颗粒除了发挥烧结助剂的作用和降低烧结温度外,还会参与合金化,增强材料力学性能。     

铌对喷射成形M3：2型高速钢组织和性能的影响

采用喷射成形工艺制备了含铌和不含铌M3：2型高速钢,然后进行锻造加工.利用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪等研究了铌对喷射成形M3：2型高速钢组织和性能的影响.铌的加入细化了沉积态的组织,减小了M₂C共晶碳化物尺寸,而对M₂C的成分影响不明显.沉积态中MC碳化物的数量随铌含量提高而增多,且其成分变化显著.铌的加入可以提高喷射成形M3：2型高速钢的抗回火软化性和二次硬化能力.但是,当铌质量分数为1%时,组织中形成数量较多且难以破碎的以铌为主的块状MC碳化物,导致钢的弯曲强度和冲击韧性下降.铌质量分数为0.5%的喷射成形M3：2型高速钢可以获得最佳的硬度、弯曲强度和冲击韧性.     

粉末冶金高速钢AHPT15M中碳化物的变化规律研究

为了了解粉末高速钢中碳化物的组成及变化规律,以AHPT15M(S390)为研究对象,采用物理化学相分析法,分析了退火态、淬火态及回火态中碳化物的含量、种类及尺寸的变化规律。结果表明,退火、淬火、回火态中碳化物的总质量分数分别为28.08%、18.40%和24.84%。     

热处理工艺对高速钢轧辊组织和性能的影响

研究了淬火温度、冷却方式、回火温度和回火次数对高速钢轧辊组织和性能的影响.结果表明,油冷条件下,淬火温度低于1050℃,随着温度升高,硬度升高,超过1100℃,硬度反而降低.盐浴冷却(盐冷)和空冷条件下,淬火温度对硬度影响结果相似,但获得最高硬度的淬火温度高于油冷时的淬火温度.回火温度低于350℃,高速钢硬度变化不明显,超过475℃,随回火温度升高,硬度升高,并在525℃达到最高值,继续提高回火温度,硬度降低.二次回火后硬度变化不大,三次回火后,硬度反而降低.空冷高速钢轧辊,淬透性差;油冷高速钢轧辊易出现裂纹;盐冷高速钢轧辊,具有优良的淬透性,不易出现裂纹,辊面硬度高,硬度均匀性好,耐磨性好     

Upgrading the microstructure and the mechanical properties of cast high speed steel

The main problem of near‐net‐shape cast high speed steel toolings is the bad toughness due to the presence of relatively coarse structure and eutectic brittle carbide network. To overcome this problem intensive secondary cooling in oil immediately after casting was achieved, however special standard tool steels with high amount of austenite stabilizing elements were selected to give austenite + carbide in as‐cast condition. This eliminates the risk of martensitic transformation during intensive secondary cooling. Prespherodisation heat treatment at different temperatures was applied to improve the carbide morphology in cast structures of these steels. This is because traditional hardening of high speed (TS‐1 and TS‐2) cast steels showed severe deterioration in carbide morphology and increased noncoherency with the matrix. In this case, skeleton brittle carbide morphologies were detected in such steels. Impact toughness of prespherodised hardened high speed cast steel (TS‐2) was more or less higher than that of the normally heat treated steel, especially at section sizes lower than 20 mm. Meanwhile the prespherodised steel showed lower toughness at section sizes of more than 20 mm. The hot hardness for the same thickness and test temperature of normally hardened high speed steels was higher to some extent than that for prespherodised and hardened ones. However, the hot hardness increases as the size of sample increases, due to the gross of eutectic and secondary carbide.     

Cr的添加方式与含量对粉末冶金烧结钢组织及力学性能的影响

在Fe-1.75Ni-1.5Cu-0.5Mo-0.6C粉末中,分别以添加430L不锈钢粉和CrFe合金粉的方式加入Cr元素,采用高温烧结硬化工艺制备含铬烧结钢Fe-1.75Ni-1.5Cu-xCr-0.5Mo-0.6C(x=0.5,1.0,1.5),研究铬的添加方式与含量对烧结钢组织与力学性能的影响。结果表明,与添加CrFe合金粉的方式相比,采用添加430L不锈钢粉的方式时,Cr的强化效果更好。采用该方式制备的含Cr烧结钢,随Cr含量增加,抗拉强度先上升后下降,伸长率不断下降,硬度不断提高,含铬量1.0%的材料具有良好的综合性能,生坯密度和烧结密度分别为7.18g/cm3和7.20g/cm3,抗拉强度、伸长率和硬度分别达到910MPa、2.0%和30HRC;烧结钢组织主要以珠光体、贝氏体和马氏体为主的混合组织;烧结钢的拉伸断裂以韧–脆混合断裂为主。     

制备工艺对粉末高钒高速钢组织和力学性能的影响

采用传统熔炼工艺和粉末冶金工艺制备钒含量10%的高钒高速钢,并通过金相组织观察、硬度和冲击韧度的测量来研究制备工艺对高钒高速钢组织和力学性能的影响。结果表明:熔炼高钒高速钢碳化物粗大、分布不均,在冲击过程中大颗粒碳化钒易碎裂;而通过氮气雾化制粉+热等静压工艺,采用粒度小于50μm的细粉后,碳化钒颗粒细小(3μm)且分布均匀,在冲击过程中不易破碎,冲击吸收功达到42 J/cm2,断裂机制以碳化钒与基体的界面失效为主。