一种新型变质剂对高速钢组织与力学性能的影响

采用电渣重熔工艺制备高速钢材料,借助光学显微镜和摆锤冲击试验机研究变质剂对高速钢轧辊材料微观组织和冲击性能的影响。结果表明：制备过程中加入变质剂能改变高速钢中共晶碳化物的形貌,部分鱼网状的共晶碳化物组织发生断裂,颗粒状碳化物增多,基体中晶粒更加细小;经过热处理这种趋势变得更加明显,因此高速钢的冲击韧性得到提高,其冲击韧性由8.7 J/cm2增加到9.8 J/cm2。     

高速钢坯料制备工艺的问题与对策

现行的高速钢坯料制备工艺主要是电渣重熔和粉末冶金两大类。其中电渣重熔锭比普通冶炼模铸钢锭的组织致密,明显改善了初始共晶碳化物的分布,但是电耗过高,生产中产生的氟化物对环境的污染严重;粉末冶金虽然从根本上解决了碳化物偏析和粗大的问题,但其工艺复杂,成本过高,应用受到限制。而半固态连铸工艺既解决了初始碳化物偏析和粗大问题,又克服了电渣重熔中电耗高、环境污染以及粉末冶金成本高的缺点,是值得重视的一个新工艺。     

高速钢坯料制备工艺的问题与对策

现行的高速钢坯料制备工艺主要是电渣重熔和粉末冶金两大类。其中电渣重熔锭比普通冶炼模铸钢锭的组织致密，明显改善了初始共晶碳化物的分布，但是电耗过高，生产中产生的氟化物对环境的污染严重，粉末冶金虽然从根本上解决了碳化物偏析和粗大的问题，但其工艺复杂，成本过高，应用受到限制。而半固态连铸工艺既粉末冶金成本高的缺点，解决了初始碳化物偏析和粗大问题，又克服了电渣重熔中电耗高、环境污染以及是值得重视的一个新工艺。     

喷射成形高速钢热处理过程中碳化物的演变

研究了喷射成形高速钢在热处理过程中碳化物的演变。结果表明,使用喷射成形工艺生产高速钢可消除偏析,获得均匀微观组织和碳化物分布,喷射态组织由片状M2C碳化物和均匀分布的球形MC碳化物组成。锻造退火后,亚稳态M2C碳化物完全分解为M6C和MC碳化物。淬火后组织为马氏体、残留奥氏体与未溶碳化物,高温回火后,大量细小弥散的二次碳化物从基体中析出,产生二次硬化效应,使材料具有极高硬度和良好冲击韧性。热处理后喷射成形高速钢具有优异的使用性能。     

电渣重熔M2高速钢共晶碳化物控制研究

采用普通电渣重熔工艺和新型抽锭式电渣重熔工艺制备M2高速钢,研究了熔池深度与局部凝固时间等参数对高速钢铸锭共晶碳化物形貌和类型的影响.结果表明,电渣重熔工艺不改变碳化物类型,两种工艺制备的M2铸锭都存在M6C、MC、M2C三种类型的碳化物.抽锭式电渣重熔工艺通过有效控制电渣锭直径(D=120 mm)、熔速(11 mm/min)及熔池深度(h=50 mm),减少局部凝固时间,促进平直层片状共晶碳化物转变为离异棒状、粒状碳化物,碳化物平均晶粒尺寸小于50 μm.加快冷却速度会降低组织中共晶碳化物的质量分数,同时也会降低共晶碳化物中强碳化物形成元素如W、Mo、V的含量,使更多碳化物及合金溶于基体中.     

冶炼工艺对大尺寸铝挤压模具钢组织和性能的影响

利用金相显微镜和冲击试验机等研究了冶炼工艺对大尺寸铝挤压模具钢H13钢组织和性能的影响。结果表明:试验钢采用电渣熔速15～16kg/min和13～14kg/min两种不同的冶炼工艺,可以生产出化学成分符合NADCA#207标准的H13钢。采用电渣熔速13～14kg/min,电渣重熔?1,100mm电渣锭,大型快锻机锻造成材?635mm圆钢,退火组织碳化物分布更加均匀,未见液析碳化物和网状碳化物,冲击韧性比采用电渣熔速15～16kg/min的?635mm圆钢的平均冲击功提高11.7%。     

高速钢的生产和质量控制技术

采用传统冶炼技术生产的高速钢存在碳化物粗大及其偏析严重等质量问题。高性能高速钢的生产技术有电渣重熔法、粉末冶金法和喷射成形法等。控制高速钢中碳化物的技术有稀土元素合金化、孕育剂变质处理等化学方法,以及电磁搅拌、脉冲电流技术、脉冲磁场技术、脉冲磁致振荡技术等物理方法。脉冲磁致振荡技术(pulse magneto-oscillation, PMO)是新一代电磁冶金技术,其改善高速钢凝固组织的效果更明显。今后,应进一步研究PMO细化高速钢碳化物的机制,优化适用于高速钢工业生产的PMO参数,探索PMO与稀土元素的共同作用对高速钢凝固组织的影响。     

Nb对喷射成形M3型高速钢组织和性能的影响

为了利用NbC的高硬度和高热稳定性,并避免其在凝固过程中的过分长大,采用喷射成形快速凝固技术制备了M3型高速钢和以Nb代V的M3型高速钢.利用SEM,EDX和XRD等方法研究了Nb对喷射成形M3型高速钢沉积态组织的影响;利用SRV高温摩擦磨损试验机和三维白光干涉表面形貌仪研究了Nb对喷射成形M3型高速钢摩擦磨损性能的影响.结果表明,用等原子分数的Nb替代V,可大幅增加沉积态中一次MC型碳化物.减少一次M₂C型碳化物,同时由于喷射成形高冷速的作用,使得MC碳化物尺寸减小,分布更弥散:这些MC型碳化物的存在是M3型高速钢的抗磨粒磨损性能提高的主要原因,但其对抗氧化性能并无贡献,在高载荷时抗氧化剥落磨损能力增加不明显;Nb对提高M3高速钢回火稳定性也有明显的作用.     

喷射成形技术在高速钢中的应用

概述了喷射成形技术的国内外研究进展及其在高速钢中的应用优势和挑战,展望了喷射成形技术的发展方向。采用喷射成形技术制备了9V高钒高速钢,获得了均匀细小的等轴晶粒组织,解决了高速钢生产中易出现的成分偏析、组织不均匀和网状碳化物等问题。材料经热等静压处理后致密度提高到99.4%,组织更加均匀,有利于获得优异的力学性能。该技术制备流程短,可作为高合金化钢的高效、低成本的生产工艺。     

变质处理对M2高速钢组织和性能的影响

用Y—K—Na对M2高速钢进行复合变质处理,研究了变质处理对M2高速钢组织和性能的影响。结果表明,M2铸造高速钢经Y-K-Na复合变质处理后,组织明显细化,共晶碳化物由网状分布变为块状和团球状,冲击韧性提高70.7％,耐磨性也明显提高,各项力学性能接近锻造M2高速钢的水平。     

淬火处理对轧辊用高硼高速钢组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、硬度计及MM-200磨损试验机,研究了淬火温度对轧辊用高硼高速钢显微组织和性能的影响。结果表明,高硼高速钢的铸态组织由马氏体、铁素体、珠光体和沿晶界呈连续网状分布的共晶硼碳化物组成,共晶硼碳化物主要是M2B和M7(C,B)3;随着淬火温度的升高,基体全部转变成为马氏体,并有二次硼碳化物M23(C,B)6析出;高硼高速钢的硬度和耐磨性随着淬火温度的升高而明显增加,在1150℃淬火时硬度最高、耐磨性最好。     

电冶碳化钨钢结合金在螺纹钢丝轧辊上的应用

介绍了用废弃的粉末冶金碳化钨基钢结合金作原料,采用电冶熔铸工艺制备出新型的电冶碳化钨基钢结合金,并将其用在冷拔轧螺纹钢丝轧辊上。结果表明,电冶钢结合金组织致密、强度高、韧性好,尤其是具有高的抗磨损性能,用其所制的钢丝轧辊成本低、使用寿命高。     

M35锻制圆钢生产工艺及组织研究

研究了M35锻制圆钢的生产工艺及显微组织,通过采取多电极焊接后电渣重熔以及锻锤锻打成型,可以生产出高质量的M35圆钢,通过对成品圆钢的边缘、半径1/2处及中心部位检验纵向共晶碳化物不均匀度及晶粒度,说明该生产工艺对M35锻制圆钢显微组织有明显改善准够满足客户对高速钢刀具提高切削速度和加工质量、延长刀具寿命的要求。     

盾构机盘型滚刀刀圈关键材料设计与试制

通过对盾构机盘型滚刀工况条件的分析,提出了刀圈材料和硬质合金镶齿的设计思路,并进行了试制。结果表明,以H13为基础,适当提高碳含量,采用电炉熔炼加电渣重熔的方法和后继合理的热处理工艺,制备的钢圈微观组织结构为细小的回火马氏体加小颗粒碳化物,具有良好的耐磨性和抗冲击韧性;以结晶完整的粗晶WC制备的全致密包覆型WC—Co复合粉为原料,可生产出晶粒完整、组织均匀,具有良好冲击韧性和耐磨性的超粗或特粗晶硬质合金,可以满足刀圈合金齿的要求。     

铸造碳化钨粉末物性对激光熔覆陶瓷颗粒增强Fe基复合材料耐磨性能的影响

为研究铸造碳化钨粉末物性对激光熔覆陶瓷颗粒增强Fe基复合材料耐磨性能的影响,将不同制备方法和粒径的铸造碳化钨粉末添加到Fe基合金粉中,在45号钢表面进行激光熔覆以获得高硬度和高耐磨的合金化层。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计分别分析了合金化层的显微组织、物相组成以及显微硬度。利用轮式磨损试验机测试了其常温下的耐磨性能,并进行了比较。结果表明:熔覆层主要由莱氏体组成,碳化钨粉末的制备方法和粒径差异对复合材料的耐磨性能具有重要影响。等离子旋转电极雾化法制备的碳化钨粉末能起到最好的增强耐磨作用,粒径细的碳化钨粉末比粒径粗的粉末增强耐磨效果要好。     

激光熔覆和重熔制备Fe-Ni-B-Si-Nb系非晶纳米晶复合涂层

采用激光熔覆和重熔的方法在低碳钢CCS-B上制备Fe-Ni-Si-B-Nb系非晶纳米晶复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜、EDAX能谱及透射电镜分析涂层的物相、组织结构,运用显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机研究涂层的显微硬度分布、微观力学性能及摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的组织由表面至基体分为非晶纳米晶复合区、熔覆层与基体,其中,复合区为Fe2B、γ-(Fe,Ni)多晶和非晶相的混合组织;涂层的最高显微硬度达到了1 369 HV;涂层的平均摩擦因数为0.275;涂层的主要磨损形式是磨粒磨损和粘着磨损,具有良好的摩擦磨损性能。     

粉末复合电弧喷涂层耐磨性能研究

为了提高材料的耐磨、耐蚀性能,并降低生产成本,开发了粉末复合电弧喷涂技术.在45钢基体上分别用普通电弧喷涂和粉末复合电弧喷涂制备涂层,通过使用金相显微镜、摩擦磨损试验机、表面形貌仪、扫描电子显微镜对涂层显微组织及摩擦学性能进行了分析.试验结果表明,在与钢件对磨(干摩擦)时,粉末复合电弧喷涂层与普通电孤喷涂层相比,摩擦系数稍低,粉末复合电弧喷涂层具有较高的硬度和更好的耐磨性.     

氧乙炔火焰喷焊制备自熔性合金涂层及其性能研究

目的研究镍基自熔性合金喷焊涂层成形机理,比较不同合金材料制备涂层的综合性能,以获得综合性能最佳的喷焊材料。方法以四种不同成分的镍基自熔性合金粉末作为喷焊材料,通过氧乙炔火焰在45钢基材表面进行喷焊。使用金相显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等对喷焊层进行显微结构分析,并利用维氏硬度计、磨损试验机等对喷焊涂层性能进行对比分析。结果氧乙炔火焰制备的涂层与基体呈现良好的冶金结合,涂层和基体在喷焊过程中发生元素扩散,生成了金属间化合物,基体的整体性能有显著改善。随着材料中Cr、B、Si等合金元素含量的增加,喷焊时涂层中生成的BCr、Ni17Si3等共晶硬质相含量上升,促使涂层的显微硬度、耐磨性能等得到显著提升。其中,Ni60A涂层提升最为显著,其涂层硬度相当于基体硬度的2.5倍,耐磨性为基体的18.1倍。Ni25A涂层提升最小,其显微硬度是基体的1.3倍,耐磨性是基体的6.6倍。结论喷焊状态下的Ni60A涂层与基体冶金结合良好,涂层表面质量好,涂层性能最佳。     

W6钢电子束焊后表面重熔硬化

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性的特殊工具钢.对于进行过球化退火的高速钢,其显微硬度损失较大,严重影响其应用.为恢复球化退火W6Mo5Cr4V2高速钢表面的显微硬度,同时保证其内部良好的韧性不受影响,采用电子束表面重熔对其表面进行硬化.结果表明,重熔表面整体呈现平整光滑状态,存在小尺寸熔坑,重熔层内部呈现胞状树枝晶组织,主要由马氏体、残余奥氏体、晶间网状M₂C共晶碳化物以及细棒状MC碳化物组成,呈现不均匀的条带状分布,在重熔区边界存在未熔碳化物,在重熔区中心区域碳化物均匀性较高,并对晶间碳化物的形成机理进行了分析.经过电子束表面重熔,由于晶内针状马氏体以及晶界脆性碳化物生成,W6Mo5Cr4V2高速钢表面的显微硬度由283 HV提高到800 HV以上,母材的显微硬度恢复效果显著.