铝对喷射成形超高碳钢组织与性能的影响

在喷射成形快速凝固条件下,含铝超高碳钢会发生铝在渗碳体中的非平衡固溶.由于这种含铝渗碳体的不稳定性,在随后的加热中会迅速由喷射态的晶界网络形态或珠光体片层状转化为分散而细小的颗粒,从而使该材料具有很好的高温塑性和热加工性能.加铝的喷射成形超高碳钢可把碳的质量分数提高到1.8%,经一道次70%热轧后形成致密、无碳化物网络、均匀细化的组织,使屈服强度和抗拉强度分别提高到1 088 MPa和1 419MPa,并仍有一定的塑性.     

喷射成形超高碳钢的自超塑化现象

用喷射成形工艺制备的无宏观偏析、组织为均匀细密珠光体的超高碳钢,无需任何热的或机械的预处理,即可具有伸长率达380%的超塑性,并且在2×10-1s-1的应变速率下仍有122%的伸长率.这是由于在此变形过程中发生了碳化物由片层状向颗粒状的转变并形成细小等轴晶粒的组织超塑化;而且高应变速率可促成高度细化的球化组织.由此开发的喷射成形结合大压下量热轧的方法可以简捷有效地使超高碳钢获得很好的超塑性,并且可以应用于高速钢等其它高碳钢铁材料.     

用喷射成形工艺生产的超高碳钢

成功地将喷射成形工艺应用于生产超高碳钢.利用喷射成形的快速凝固的特点,有效地避免了超高碳钢中碳的偏析问题.首次发现喷射成形的超高碳钢无须任何处理,即可具有超塑性,由此首次提出"自超塑化"的概念.利用这一特点,对喷射成形的超高碳钢施行大变形量的热加工,不仅进一步细化了组织,而且使材料致密化,从而达到强度约1 300 MPa、伸长率约10%的优良的综合力学性能.     

喷射成形高合金工具钢的组织与力学性能

采用喷射成形工艺制备了高合金工模具钢,对沉积坯进行了热锻致密化处理和淬火+回火热处理.对比分析了喷射沉积态合金和电渣重熔态合金的组织形态和力学性能.结果表明:喷射成形材料晶粒组织为均匀细小的等轴晶,碳化物细小且弥散分布,有效解决熔铸态合金热锻后仍无法完全消除的成份偏析和粗大网状碳化物的问题.由于喷射沉积态材料具有良好的组织形态,使得喷射沉积态的强度和冲击韧性比电渣重熔态分别提高了40%和18%.由于喷射沉积态材料中非金属夹杂物的影响,使得材料的冲击韧性值偏低,有待进一步优化工艺,减少夹杂物的含量,提高材料的力学性能.     

稀土-低熔点合金复合变质处理对超高碳钢微观组织及力学性能的影响

采用自制的稀土-低熔点合金对一种含碳量为1.9%的超高碳钢进行了变质处理,通过OM,SEM,EDS,DSC研究了变质处理和热处理工艺对超高碳钢的微观组织和力学性能的影响.结果表明:超高碳钢经变质处理后,共晶碳化物断网,获得了不连续的块状碳化物,初生奥氏体晶粒明显细化;由于Ce2O2S的吉布斯自由能负值较大,其稳定性较高,因此,稀土元素与O,S在钢中最易形成的稀土氧硫化合物为Ce2O2S;同时稀土与低熔点合金元素的加入,是强烈促进珠光体的元素,具有稳定珠光体的作用,提高了奥氏体化温度;经淬火与低温回火后,获得了马氏体基体上分布着弥散均匀、细小的不连续断网碳化物,冲击韧性得到了明显提高,其ak值由5.8 J·cm-2增加到12.5 J·cm-2,且硬度值基本保持HRC=65,获得了良好的综合力学性能.     

喷射成形含铌M3型高速钢的组织和耐磨性

采用喷射成形技术制备了M3型高速钢和以Nb替代V的M3型高速钢.利用扫描电镜、X射线衍射、差示扫描量热仪和金相显微镜研究了Nb对M3型高速钢组织的影响.喷射成形能有效消除宏观偏析,细化组织.以Nb代V,提高了MC型碳化物开始析出温度,大量MC相先于共晶反应析出,呈独立的近球形分布于晶界,同时其尺寸减小.由于消耗大量C,抑制了共晶反应,M₂C片层数量减少且厚度变薄,其在热变形过程中更易于分解,进一步增加了组织均匀性.低温低载荷时含铌的M3型高速钢抗磨损性能显著优于M3高速钢,温度升高到500℃时磨损机制逐渐以氧化磨损为主,两合金的抗磨损性能差距减小,主要原因是大量呈弥散球形分布的含铌MC型碳化物能有效提高高速钢的磨粒磨损抗性,而其对抗氧化性能并无明显作用.      

2%铝质量分数超高碳钢的球化退火工艺

 为获得完全球化的超高碳钢组织,基于离异共析转变机制对2%铝质量分数超高碳钢进行球化退火工艺研究。研究发现,由于成分的不均匀性,超高碳钢锻态组织由片层间距不一致的珠光体和网状碳化物组成,单纯使用离异共析工艺无法使其完全球化;2%铝质量分数超高碳钢锻态组织网状碳化物厚度在1 μm以下,[Acm]温度以下正火即可获得片层均匀细小的珠光体并消除网状碳化物;提高正火温度能显著减少正火组织中长条和短棒状碳化物的数量,利于获得较好的球化组织。2%铝质量分数超高碳钢经900～925 ℃正火后在830 ℃奥氏体化并在760 ℃等温4 h后获得了由超细铁素体＋细小球状渗碳体组成的完全球化组织。     

喷射成形M3型高速钢碳化物组织特征与加热过程演化

采用常规铸造和喷射成形工艺分别制备了M3型高速钢铸坯和沉积坯.利用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射等分析方法对冷却速度对合金的显微组织的影响,加热温度对M3高速钢中M₂C共晶碳化物分解行为的影响,以及热加工变形后铸态和沉积态组织的变化进行了研究.结果表明:铸态合金含有粗大的一次枝晶和M₂C共晶碳化物,而喷射成形沉积坯主要为等轴晶且碳化物细小均匀;冷却速度的提高极大地抑制了碳化物的析出和晶粒长大;加热温度的提高有利于M₂C共晶碳化物分解,过高的温度使得分解后的M₆C长大,不利于合金性能的提高;沉积坯经恰当的预热处理和热变形可以获得理想的变形组织.      

超高碳钢组织超细化的工艺

阐述了超高碳钢组织超细化工艺及其机理。这些工艺包括：二阶段热形变处理技术、热形变 离异共析转变处理技术、热形变 DET 形变处理技术、循环热处理技术及复合热处理技术。该超细化组织由极细的铁素体晶粒以及在其中均匀分布的渗碳体颗粒组成。此外，分析了硅、铝、铬等合金元素对相变温度的影响及其对网状碳化物和石墨化的抑制作用，讨论了合金化对超高碳钢的组织超细化的影响。     

热作模具钢H13热处理技术研究

高温均质化、超细化处理是优质H13模块生产中的关键热处理技术。高温均质化处理可基本消除钢中的共晶碳化物，显著改善成分偏析；超细化处理可使H13组织得到细化，进一步提高性能均匀性。五钢新流程生产的P级H13(SWPH13)等向性明显改善，冲击韧性、热疲劳抗力显著提高。     

喷射成形与传统熔炼高速钢M2的组织与力学性能研究

通过喷射成形和传统熔炼（中频冶炼+电渣重熔）两种工艺生产了高速钢M2（W6Mo5Cr4V2）试样，利用金相显微镜和M-200磨损试验机对同规格同位置的两种试样的退火组织、非金属夹杂物、淬回火硬度、显微组织和力学性能进行了研究。结果表明，喷射成形M2试样的碳化物分布均匀、尺寸细小，传统熔炼M2试样碳化物呈条带状分布；在相同热处理制度和位置下，喷射成形M2试样的回火硬度与传统熔炼M2试样相当；喷射成形M2试样的耐磨性要比传统M2试样提高约41%；喷射成形M2试样中尺寸大于2μm的MC类碳化物数量明显多于传统M2试样，使得在同等硬度下喷射成形M2试样的耐磨性能要优于传统M2试样。由此可知，喷射成形M2试样的组织及力学性能均优于传统熔炼M2试样，喷射成形技术具有工艺先进性。     

喷射成形GH742y合金的组织和性能

研究了喷射成形GH742y合金沉积坯的组织和性能以及热变形特性.研究结果表明,氮气雾化喷射成形GH742y合金沉积坯整体致密、成分均匀、无宏观偏析、组织细化、氧含量低,而且具有较好的力学性能,其主要力学性能超过技术指标的要求.同时,由于晶粒细小均匀,所以该合金具有较好的热变形性能.     

变质处理对耐磨耐蚀铸铁组织及性能的影响

 为了提高材料在水泥混凝土搅拌和输送工况下的使用性能,以新研制的耐磨耐蚀铸铁为对象,采用复合变质处理的方法研究了变质剂加入量对该试验合金铸铁组织、力学性能和耐腐蚀磨损性能的影响。研究结果表明,复合变质处理可以细化耐磨耐蚀铸铁基体组织、消除柱状枝晶,改善碳化物形态、尺寸及分布,使碳化物由变质前的粗大棒条状变为均匀分布的短棒状和颗粒状,消除了粗大片状碳化物对材料基体的危害,使耐磨耐蚀铸铁的性能得到改善。变质剂加入量增加,耐磨耐蚀铸铁的冲击韧度和耐磨耐蚀性能均有较大提高。与变质前相比,加入0.25%和0.50%复合变质剂处理的试验合金铸铁,其冲击韧度和相对耐腐蚀磨损性能分别提高了22.9%、58.3%和16%、23%,基体硬度略有降低,达到了预期效果。     

合金化和球化工艺对超高碳钢组织和性能的影响

 研究了合金化和球化工艺对超高碳钢组织和性能的影响。用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能谱仪观察了钢的组织形貌和元素分布。结果表明：在碳和铬含量相同的超高碳钢中加入同量的合金元素铝和硅时,铝可明显抑制锻造组织中网状或粗大的颗粒状碳化物的析出、细化珠光体组织和控制石墨形成。UHCS 213Si和UHCS 261Al钢经850 ℃×3 h球化退火处理后,都能得到较好的球化组织,其力学性能分别为：UHCS 213Si钢,Rm=1 033 MPa,Re=734 MPa,A=149%;UHCS 261Al钢,Rm=973 MPa,Re=677 MPa,A=182%。     

变质处理对复合轧辊用高速钢组织和性能的影响

研究了轧辊用高碳高钡高速钢的微观组织结构及添加不同变质剂处理后对其组织和性能的影响。结果表明；该高速钢的组织为马氏体，奥氏体及MC和M2C型碳化物，添加0.3%的稀土变质时，组织中碳化物分布状况的改善不明显，但可以促进加热过程中网状碳化物的断网和球团化；添加0.1%的镁变质时，组织中共晶碳化物明显减少，碳化物网得到细化；添加1.0%的钛或添加RE-Ti-Mg复合变质剂对碳化物的类型转变影响不大，但可以明显细仳晶粒和共晶碳化物网。添加RE-Ti-Mg复合变质剂处理后组织中的共晶碳化物网基本上得到消除。     

高碳钢板的组织控制

为了降低环形齿轮，驱动装置等汽车零件的成本，研究了高碳钢板显微组织对其加工性和淬透性的影响，通过最佳的一次冷轧及退火，再将渗碳体细化至超微细晶粒的短时热处理后，可获得高的淬透性；依靠二次冷轧和退火，使铁素体晶粒充分长大和降低硬度，从而改善了钢的成形性。     

喷射成形技术在高合金工模具钢中的应用

采用喷射成形技术制备了几种高合金工模具钢,并与其它工艺生产的同成分钢种作了比较。喷射成形工模具俐具有均匀细化的等轴品组织,经过热加工和球化退火处理,可以获得与粉末冶金工模具钢相似的球化组织和硬度值,从而为顺利地进行后续淬、回火热处理创造条件。利用喷射成形技术制备高合金工模具钢具有明显优势,它既能有效解决成分偏析、组织不均匀性、网状碳化物等问题,又能明显简化生产工艺,降低生产成本和能源消耗等,具有明显的潜在市场竞争力。     

电渣重熔H13钢中一次碳化物形成机制

 H13热作模具钢在电渣重熔过程中会在凝固末端形成粗大的碳化物及氮化物,由于生成温度高,热稳定性好,会保留到最终热处理状态,对钢材的性能产生严重影响。应用偏析模型计算并说明了凝固过程生成粗大的共晶碳化物和氮化物的可能,当固相率达到0.82时由残余液相生成TiN,随着温度进一步下降在接近凝固终点时生成VC0.88,由于碳化物中固溶了其他合金元素,认为生成的VC0.88的活度不为1,试验检测的碳化物合金元素含量与理论假设基本吻合。对粗大的碳氮化物的特点及细化减少碳化物进行简单讨论。     

PMO对高速钢枝晶组织及碳化物的影响

脉冲磁致振荡(Pulse Magneto-oscillation,简称PMO)是上海大学先进凝固技术中心原创的凝固均质化技术,该技术成功已应用于多家冶金企业数十种特殊钢生产,在改善铸坯质量方面取得了理想效果。高速工具钢(简称高速钢)作为一种高合金钢,其铸态组织中树枝晶组织及共晶碳化物发达,宏观偏析严重,不仅影响了其质量和性能,同时制约了该类钢种采用连铸工艺生产。为了探究PMO改善高速钢凝固组织的可行性,采用双电源真空感应熔炼装置,研究PMO对其枝晶组织、共晶碳化物的影响。研究结果表明,在PMO作用下,高速钢铸态组织中粗大的柱状晶组织转变为全等轴晶组织,并且共晶碳化物网交汇区及共晶碳化物颗粒平均尺寸大幅度减小,碳化物分布均匀性得到显著改善。PMO对4个钢种的共晶碳化物网交汇处尺寸有明显细化作用,以M2高速钢共晶碳化物网交汇处尺寸细化程度为例,1/8D、1/4D和1/2D(D为铸坯径向直径)处的碳化物交汇处的平均尺寸较未施加PMO处理的铸锭依次减小48.5%、47.1%和43.4%;同时,PMO可以进一步细化共晶碳化物颗粒尺寸,以M2Al高速钢为例,1/8D、1/4D和1/2D处的共晶碳化...     

喷射成形Al-8.5Fe-1.1V-1.9Si耐热铝合金的组织演变及性能分析

研究了喷射成形Al—8．5Fe—1．1V—1．9Si耐热铝合金组织结构的演变规律，测试了挤压态合金在室温及高温条件下的力学性能。与铸态组织特征相比较，喷射成形工艺有效地消除了铸态合金中粗大的富Fe析出相，获得了细小均匀的组织结构。利用OM，SEM，TEM，XRD等材料分析测试手段，探索了材料中可能的组织演变过程及规律，结果表明：喷射成形制备的Al—Fe—V—Si耐热铝合金中，形成了大量的弥散分布的球状相，有效的保证了合金在室温及高温下的力学性能。室温下，合金的抗拉强度可以达到445MPa，屈服强度也达到了398MPa，延伸率为16％；在315℃，合金的抗拉强度和屈服强度分别为229和209MPa。