M3与T15高速钢的SPS烧结与热处理

为了开发新的工艺并提高粉末高速钢的综合性能,对真空熔炼氮气雾化制备的M3与T15高速钢粉末进行了放电等离子烧结(SPS)与热处理,探讨了SPS与热处理的工艺参数对材料性能的影响规律,测定了烧结粉末高速钢的密度、抗弯强度与硬度等力学性能,观察了材料的显微组织与断口形貌。结果表明,M3高速钢最佳SPS参数为930℃、40MPa、10min,最佳热处理工艺参数为860℃×2h-750℃×4h退火、830℃×1h-1210℃×0.5h油淬、540℃×1h四次回火,力学性能为抗弯强度5368MPa、硬度63.70HRC;T15高速钢的SPS工艺参数为930℃、40MPa、5min,与M3采用相同热处理工艺后最高抗弯强度3342MPa、硬度65.1HRC,均获得了优于普通粉末冶金高速钢的良好性能。     

M42高速钢粉末球磨工艺优化及其SPS烧结

利用高能球磨法制备了不同粒度的M42高速钢粉末,并对其进行了放电等离子烧结(SPS)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末及其烧结试样的形貌,探讨了高能球磨M42高速钢粉体的球磨行为特征及烧结试样的显微组织与性能。结果表明:在球料比7∶1下,随球磨时间增加,粉末细化速率先快后慢,48h后趋于平缓,且粉末的团聚不断加剧;球磨48h的粉末经在温度970℃、压力70MPa下保持10min SPS烧结的M42粉末高速钢相对密度为98.99%,热处理硬度为67.4HRC;随粉末粒度的减小,其碳化物更加细小、均匀,由于粉末的团聚化,其相对密度不断降低,而粒度对硬度的影响不大。     

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。     

粉末冶金M2高速钢的制备与组织性能研究

采用机械球磨法制备了M2高速钢(HSS)粉末,研究了烧结温度对数控机床用高速钢显微组织、硬度、抗弯强度等性能的影响,并分析了热处理对高速钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,球磨时间为16 h时高速钢粉末的颗粒分布均匀、平均尺寸最小;在烧结温度为1 245℃时,高速钢试样中未见显微孔洞或者裂纹等缺陷存在,同时碳化物细小、弥散;烧结温度为1 235℃时,高速钢试样的烧结机制为固相烧结,相对密度为87.2%,升高烧结温度至1 245℃及以上时,高速钢试样的烧结机制为液相烧结,相对密度保持在98%以上;随着烧结温度的升高,高速钢试样的磨损失重呈现先减小后增大的趋势,抗弯强度呈现先增加后减小的趋势,在烧结温度为1 245℃时具有较小的磨损失重和最大的抗弯强度;淬火和回火热处理可以进一步提高烧结试样的洛氏硬度。     

放电等离子烧结制备TiC_p/M2高速钢复合材料

采用高能球磨法制备TiCp/M2高速钢复合粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)制备TiC颗粒增强M2高速钢复合材料(TiCp/M2)。研究SPS工艺参数对复合材料的致密化规律、显微组织和力学性能的影响。结果表明:SPS可以实现TiCp/M2高速钢复合粉末的低温快速致密化;复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度随烧结温度的提高均呈现先增大后减小的趋势。在1040℃烧结时,增大压力或延长保温时间,TiCp/M2复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度均有所提高,在50MPa压力下保温10min所制备的TiCp/M2高速钢复合材料具有最佳综合性能,其M6C型复合碳化物的平均粒度为0.8μm,相对密度、硬度和抗弯强度分别为98.9%、HRC57和1685MPa。     

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。     

球磨时间及预氧化方式对粉末冶金M3:2高速钢组织及力学性能的影响

采用球磨混合和预氧化活化烧结法制备新型粉末冶金M3:2高速钢,重点研究球磨时间和预氧化方式对其致密度、微观组织和力学性能的影响。利用FEI Quanta 250 FEG型扫描电镜对高速钢组织进行显微分析,同时测试样品硬度、抗弯强度和断裂韧性等力学性能。结果表明,球磨72 h且负压干燥时,M3:2高速钢具有最优的碳含量、致密度和力学性能组合。烧结后的抗弯强度最高为3 092 MPa,热处理后的弯曲强度为4 786 MPa。经过干燥增氧之后,负压干燥粉末具有较低的氧含量,烧结后的氧含量最低可降到17×10-6,表现出更好的致密度和力学性能。     

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。     

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。     

不同烧结气氛下M3∶2粉末高速钢的性能研究

以水雾化M3∶2高速钢粉末为原材料,分别在真空和真空+氮气两种气氛烧结制备M3∶2粉末高速钢材料。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及力学性能评估等手段研究了材料的物相组成、显微组织、硬度以及抗弯强度。研究结果表明:真空烧结高速钢中主要存在M6C和MC两类碳化物相;真空+氮气气氛烧结的高速钢中除了M6C碳化物以外还含有M(C,N)碳氮化物。两种烧结气氛均能实现M3∶2粉末高速钢的高致密化,而真空+氮气气氛烧结具有更优异的综合性能,其烧结态高速钢的硬度为56 HRC,抗弯强度达3 540 MPa(达到第二代粉末冶金高速钢的性能)。与真空烧结相比,真空+氮气气氛烧结高速钢的硬度和抗弯强度分别提高7.1%以上和18.6%以上。     

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 ℃。     

Liquid phase sintering and heat treatment of T15 grade PM high speed steel

T15 grade high speed steel (HSS) was processed by powder metallurgy (PM) using water atomized powder. Liquid phase sintering was carried out in the temperature range 1250–1280°C for a fixed period of 1.5 hours. A suitable heat treatment schedule for transformation annealing, hardening and tempering of the fully dense alloys was established using hardness and metallographic studies. Quantitative metallography revealed the types of carbides and their proportions at every processing stage. Room temperature transverse rupture strength (TRS) and hot compressive yield strengths were also determined.     

影响高速钢韧性的因素

 分析了化学成分、冶炼方法、钢中碳化物和热处理工艺等因素对高速钢韧性的影响。结果表明：纯净度高、杂质元素含量低和夹杂物少的钢韧性较高;同一钢种随碳含量升高其韧性降低;在同一类型钢种中,通常W Mo系钢的韧性优于W系钢;碳化物分布均匀、颗粒尺寸细小的钢韧性高,而碳化物分布不均匀、粗大角状碳化物多的钢韧性差;粉末高速钢的韧性显著优于常规方法生产的高速钢。热处理是影响高速钢韧性的另一个重要因素：随淬火温度升高,钢的韧性下降;回火温度较低和回火程度不充分时,也会显著降低钢的韧性。     

烧结温度及Y2O3对9Cr-RAFM钢性能的影响

采用粉末冶金技术,以球磨-模压-真空烧结工艺制备2种9Cr-RAFM钢:以0.3%Y2O3(质量分数)为弥散相的ODS 9Cr铁基高温合金和不添加Y2O3的Non-ODS 9Cr铁基高温合金。研究烧结温度及Y2O3对RAFM钢的力学性能和微观组织的影响。研究结果表明:采用球磨-模压-真空烧结工艺制备的ODS合金的综合力学性能高于Non-ODS合金,并且在1 390℃烧结,保温2 h条件下制备的ODS合金具有最佳的综合力学性能(抗拉强度600 MPa,伸长率23.1%)。并对不同球磨时间的合金粉末进行XRD物相分析,用SEM及能谱分析技术研究Y2O3影响RAFM钢的微观组织成分和力学性能的机理。     

Characterisation of powder metallurgy H13 steels prepared from water atomised powders

ABSTRACT

In this paper, powder metallurgy (PM) H13 steels were investigated based on the characterisation of water atomised H13 powders. Vacuum sintering was carried out from 1150 to 1265°C for sintering densification. The relative density of the as-sintered sample reached to 95% and mechanical properties were released above 1200°C. To eliminate the residual pores, subsequent forging was performed. The relative density increased to above 99%. As the concentration of Si elements on the powder surface was higher than the nominal composition, there was Si segregation in the form of silicon oxides (1–3?μm). Although oxide particles such as SiO₂ were inevitable, the mechanical performance of PM H13 steels was still comparable to that of ingot metallurgy products. The tempered PM H13 steels exhibited high tensile strength of 1460?MPa in YS, 1737?MPa in UTS and 8.7% in elongation. Besides, the impact toughness was as high as 14.7?J?cm^?2.     

粉末冶金法制备La（Fe,Co,Si）13磁制冷合金

用非自耗电弧炉熔炼制备了LaFe10.8Co0.7Si1.5C0.2铸锭,并将该铸锭在石油醚的保护中球磨制粉,粉末经过压制后在氩气气氛中高温烧结2～8 h。用XRD和SEM检测了LaFe10.8Co0.7Si1.5C0.2铸锭及烧结后样品的相和组织结构。结果表明,LaFe10.8Co0.7Si1.5C0.2合金铸锭主要由α-Fe(Co,Si)相和1∶1∶1相组成,仅含有极少量1∶13相。采用粉末冶金法制备的合金相比传统工艺下合金的成相时间有明显缩短,仅烧结2 h就有一定比例的NaZn13型1∶13相生成,而且在1100℃烧结4 h时合金的成相最好,形成了以1∶13相为主相的合金,温度过高或过低所形成的1∶13相的相对含量都会减少。烧结时间增加或缩短也会导致1∶13相的相对含量减少。此外,还对在LaFe10.8Co0.7Si1.5C0.2粉末中加入LaFe0.9Co0.27Si1.17作为烧结助剂对合金成相的影响进行了研究。结果表明,加入烧结助剂后有助于合金的成相,加入质量分数为25%的LaFe0.9Co0.27Si1.17作为烧结助剂在1100℃烧结4 h所形成的合金几乎是单一的1∶13相,仅含极少量点状分布的富含镧的杂相。而LaFe10.8Co0.7Si1.5C0.2块状铸锭在1100℃退火4 h后仍含有α-Fe相和1∶1∶1相。可以看出,用粉末冶金法制备La(Fe,Co,Si)13磁制冷合金的热处理时间得到极大缩短。     

Strain induced martensite formation in PM nickel steels

Abstract

Powder metallurgy (PM) nickel steels are often selected because they have high strength, high impact resistance and good abrasion resistance. The microstructure of slowly cooled PM nickel steels typically contains pearlite, bainite, martensite and a fair volume fraction of retained austenite. Since volume diffusion is really low at conventional sintering temperatures [1120–1150°C (≈2050–2100°F)], nickel rich areas are usually found where prior admixed nickel particles were located, i.e. at the surface of iron particles and in sintering necks. Therefore, there is a discrepancy between the rather low mechanical properties of austenite and the high strength of PM nickel steel. Hence, the hypotheses that stress induced or strain induced martensite formation takes place during mechanical testing have been investigated. Results show that martensite forms during mechanical testing, and its final volume fraction is proportional to nickel content.     

放电等离子烧结制备的细晶铁基材料及其力学性能

采用高能球磨和放电等离子烧结,制备细晶Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C块体材料,在不同温度下对烧结试样进行回火处理,研究烧结温度和回火温度对该合金组织、硬度和横向断裂强度的影响。结果表明:烧结温度对合金密度和硬度影响不大,经650～800℃烧结可得到近乎全致密的铁基合金,相对密度达98%～99%,组织为马氏体、贝氏体、珠光体和残余奥氏体的混合组织,硬度为59～61 HRC。在650℃下烧结时横向断裂强度为2 260 MPa;烧结试样在400～600℃回火4 h,随着回火温度升高,初始烧结组织逐渐向球状珠光体转变,使得合金的硬度逐渐降低,横向断裂强度逐渐升高。经650℃放电等离子烧结和500℃回火热处理后的铁基合金的横向断裂强度最高达3 325 MPa,硬度大于51 HRC。