TiC_p/M2粉末高速钢的显微组织与性能

将水雾化M2高速钢粉末高能球磨破碎后,添加6%Mo2C及3%～12%(均为质量分数)的Ti C增强颗粒,模压成形,在1 030～1 240℃温度下真空烧结,得到TiC颗粒增强M2粉末高速钢(TiCP/M2)。采用X射线衍射仪、扫描电镜及万能材料试验机等对烧结态高速钢进行物相组成、显微形貌及烧结性能的分析和测试。结果表明,Ti CP/M2混合粉末的烧结活性较高,1 220℃以下即能实现烧结致密化。Ti C的加入会阻碍M2高速钢的烧结致密化进程,12%TiCP/M2的烧结温度比3%TiCP/M2的提高约40 K。TiC能促进MC碳化物的形成,随烧结温度升高,Ti C的体积分数下降,而MC碳化物的尺寸与体积分数增加。TiCP/M2高速钢的硬度随TiC含量增加而增加,最佳烧结温度下,随TiC添加量从3%增加到12%,硬度(HRC)从58.3提高至62.1。高速钢的抗弯强度随TiC含量增加先增加后减小,9%TiC/M2的抗弯强度最高,为2 358 MPa。TiC的添加可在一定程度上拓宽M2高速钢的烧结温度区间。     

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。     

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。     

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。     

注射成形M4高速钢的研究

研究了惰性气体雾化法制备的M4高速钢合金粉末进行注射成形工艺,由于粉末颗粒球形度和流动性好,粉末装载量可以达到70%(体积分数),注射料表现假塑性流体的特性。注射坯采用溶剂脱粘+后续热脱粘工艺进行脱粘,总共脱粘时间为14h。在氮气气氛中1250℃烧结2h,可以制备出烧结态硬度为HRC57~59的高速钢材料,热处理后材料的硬度可达HRC64~65。微观结构分析表明,PIM高速钢组织均匀,富钨M6C碳化物和富钒M(C,N)碳氮化物弥散分布在高速钢基体中。     

Mo2C增强M2高速钢球磨粉末的致密化及力学性能

采用高能球磨对M2高速钢粉末进行破碎,然后添加含量(质量分数,下同)为0～10%的碳化钼(Mo₂C)粉末,混合均匀后将混合粉末冷压成形,在真空下烧结得到M2钢与Mo₂C增强M2钢,研究烧结样品的致密化行为和力学性能,分析Mo₂C对M2钢粉末烧结致密化的影响。结果表明,高能球磨对原料粉末的细化可提高粉体的烧结活性,促进压坯在烧结中期的致密化。通过1180℃固相烧结获得近全致密(相对密度>98%)的M2钢与Mo₂C增强M2钢。烧结过程中,Mo₂C在950℃基本完全与Fe基体反应转变为M6C相,由此带来的反应烧结与活化烧结促进了烧结中期坯体致密度的提高。烧结中后期形成的大量弥散分布的M₆C与M₂C碳化物可抑制基体晶粒长大,提高烧结体的硬度和抗弯强度。添加10%Mo₂C烧结所得M2钢的抗弯强度达到3 135 MPa,硬度(HRC)达到59.6。通过原料粉末细化、Mo₂C的反应扩散以及金属颗粒的...     

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。     

高速钢粉末真空高温处理时组织结构之变化

研究了水雾化M 2和M 4高速钢粉末在 7× 10 -2 Pa真空下加热后组织结构的变化。当粉末加热至固相线以下 15～ 2 0℃ ,即 12 2 0～ 12 2 5℃时 ,M6C及MC型碳化物都由 1～ 2 μm长大到 3～ 4 μm ;当粉末加热至固相线以上时 ,碳化物尤其是M6C型碳化物颗粒快速长大 ,并且有不均匀长大现象 ;当温度升至 12 5 0℃后 ,贫碳型的M4C3 转变为MC型碳化物 ,其中大部分Fe被V所取代 ;当进一步加热至 12 6 0℃以上时 ,M6C型碳化物将转变为M2 C碳化物。经真空脱氧后高速钢粉末的氧含量降低至 10 0× 10 -6以下。     

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。     

原始成分组成对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了原始成分组成对材料烧结特性和力学性能的影响规律。结果表明:保持Mo/(Mo+Ni)为定值,随着硬质相成分的增加,烧结体抗弯强度降低,硬度增加;硬质相成分TiN含量超过一定阈值时,烧结体疏松导致硬度和抗弯强度同时大幅下降;TiN含量保持定值,硬质相成分含量增加,烧结体硬度增加,抗弯强度下降;粘结相成分用Co部分替代Ni,随Co含量的增加,烧结体硬度略有升高的基础上抗弯强度升高。     

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。     

碳化物堆积对钨钼系高速钢性能的影响

研究了高速钢W6Mo5Cr4V2(M2)和W9Mo3Cr4V(W9)中的碳化物堆积程度对钢的力学性能和加工性能的影响.结果表明,随着钢中碳化物堆积程度的增加,M2和W9钢的硬度、抗拉强度和屈服强度增加,冲击韧性、抗弯强度和冷拔性能降低;碳化物堆积程度对高速钢淬回火硬度和红硬性影响较小.     

烧结气氛对Mo_2FeB_2金属陶瓷组织与性能的影响

以钼粉、铁粉、硼铁合金粉为原料,采用粉末冶金的方法,分别在真空、N2和Ar气氛下制备Mo2FeB2金属陶瓷材料。研究了烧结气氛对Mo2FeB2金属陶瓷密度、成分、力学性能以及显微组织的影响。研究结果表明,在同样烧结温度下,试样在真空气氛下的烧结密度为8.23g/cm3,硬度为75.3HRA,抗弯强度为1246.38MPa,优于在N2和Ar气氛下烧结制备的试样的密度、硬度和抗弯强度。金属陶瓷在N2和Ar中烧结后,碳含量比在真空中烧结的碳含量低1.0%～1.2%,而氧、氮含量均高于真空中烧结的含量。论文还通过对材料的显微组织的分析,发现真空气氛下制备的试样组织发育良好,结构致密,并阐述了不同烧结气氛对该材料组织结构影响的原因。     

M2/FeV机械合金化及烧结过程中的碳化物形态转变

对水雾化M2高速钢粉和FeV合金粉末进行混合高能球磨,制备V含量(质量分数,下同)为8%的M2高速钢/Fe V合金化粉末,研究机械合金化过程中粉末形貌的变化与显微组织结构演化,并在球磨48 h的粉末配碳至目标碳含量(质量分数)2.2%,研究真空烧结过程中的碳化物形态转变。结果表明,随球磨时间延长,粉末颗粒细化速率逐渐降低,球磨28 h后粉末粒度趋于稳定,D_(50)为15μm左右。球磨过程中Fe V颗粒先嵌入到M2的基体相α-Fe中,然后固溶进入基体,V元素逐步均匀分散于基体相α-Fe和M_6C型碳化物中;M_6C发生细化并呈流线形分布,含量逐渐减少,MC颗粒有一定的细化但仍维持粒状形态,含量基本不变。烧结过程中合金元素先脱溶,析出大量粒状M_6C与MC型碳化物,随烧结温度升高,M_6C颗粒长大的同时含量减少,温度过高时M_6C呈针片状;1 180℃之前MC颗粒长大不明显,1 210℃时MC颗粒异常粗大并呈芯环结构。1 180℃下烧结可获得优良组织,其孔隙度为0.8%,M_6C与MC的平均尺寸分别约为1μm和0.3μm。     

真空烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备WC-13(TiC+TaC)-8Co-1(VC+Cr3C2)硬质合金,研究了不同烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,提高烧结温度有利于提高合金的致密度,但是过高的烧结温度会导致晶粒长大,使合金致密度下降;合金的硬度、抗弯强度和矫顽力随着真空烧结温度的提高先增大后减小;相对磁饱和强度随着烧结温度的升高呈现下降的趋势;1 400℃烧结的合金综合性能较好,合金的相对密度99.6%、抗弯强度1 992 MPa,硬度92.3 HRA,矫顽力34.3 k A/m,相对磁饱和强度为76.5%。     

Co和Cr3C2对硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了三种不同Co和Cr3C2含量的硬质合金材料。在常温下分别测量了材料的晶粒度、硬度和抗弯强度,并通过SEM照片等对材料的金相显微组织、断口形貌进行分析。结果表明:硬质合金中粘结相Co含量增多,其硬度下降,抗弯强度升高;微量碳化物Cr3C2在硬质合金中起到细化晶粒的作用,在高钴硬质合金中添加微量碳化物Cr3C2,能使材料具有高硬度、高抗弯强度的良好综合性能。     

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 ℃。     

凝胶注模-真空烧结制备TiC/Fe基钢结硬质合金

采用甲苯/甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)凝胶体系实现了Ti C/Fe基复合粉末的凝胶注模成形,并通过真空烧结制备出复杂形状的钢结合金烧结体,研究了单体含量对坯体和烧结体抗弯强度、密度、硬度及微观组织的影响。结果表明:单体含量直接影响坯体及烧结体的组织及性能,单体的最佳质量分数为4.6%,制备的坯体强度高达28 MPa,经1 420℃真空烧结1 h,制备出烧结体的强度、密度及硬度分别为1 410 MPa、6.46 g/cm3、50 HRC,热处理后,制品的抗弯强度及硬度分别提高到1 670 MPa和65 HRC。     

烧结高速钢的研究和发展动向

介绍了水雾化－直接烧结粉末高速钢的研究和动向。介绍了提高其烧结性能的方法,包括使用烧结性能的方法,包括使用烧结添加剂、采用氮基烧结气氛、利用计算机预测平衡相图研究新的合金成分等。此外,还介绍了提高材料硬度、强度和断裂韧度的研究以及添加碳化物、氧化物和氮化物对材料性能的影响。     

稀土氧化物对碳化硼陶瓷性能的影响

以稀土氧化物为主要烧结助剂,以碳化硼粉末为基体,采用真空热压烧结技术制备出碳化硼陶瓷.研究了成分配比、烧结工艺对材料致密度及力学性能的影响;分析了稀土氧化物对烧结温度及材料性能的影响,并确定最佳烧结温度;探讨不同添加剂对碳化硼陶瓷显微结构影响及烧结机理.结果表明,以稀土氧化物为主要烧结助剂,其烧结温度降低约80℃;碳化硼陶瓷的最佳材料配方与烧结工艺为:m(B4C):m(La2O3):m(Al2O3):m(C)＝70:6:12:12,烧结温度1 850℃,压力20MPa,保温时间1h;所得碳化硼陶瓷性能:相对密度92.5%,抗弯强度156.76MPa,硬度97HRA;分别以氧化铝和活性碳、氧化钇、氧化镧、氧化钇和氧化镧为烧结助剂时,碳化硼陶瓷烧结过程中形成的新相分别为Al8B4C7、Y3Al5O12、LaAlO3、(Y3Al5O12 LaAlO3).其中含稀土相,尤其是新相LaAlO3与碳化硼颗粒表面有良好的结合,因此提高了致密度,降低了烧结温度.