结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响

为了改善M2高速钢中的碳化物分布,通过数值模拟详细分析了结晶器旋转对M2高速钢电渣重熔过程温度场、金属熔池形状的影响,并进一步通过实验室双极串联结晶器旋转电渣炉研究了旋转速率对M2高速钢电渣重熔过程的影响。采用扫描电镜观察并分析了结晶器旋转对电渣锭中碳化物形貌、分布的影响;采用小样电解萃取实验,分析了结晶器旋转速率对碳化物组成的影响。结果发现,随着结晶器旋转速率的增加,渣池的高温区从芯部向边部迁移,温度分布更加均匀;金属熔池的深度变浅,两相区的宽度收窄,从而导致局部凝固时间降低、二次枝晶间距减小。与此相对应,随着结晶器旋转速率的增加,M2电渣锭的渣皮更薄、更加均匀,结晶器对电渣锭的冷却强度更大,碳化物网格开始破碎、变薄,碳化物由片状改变为细小的棒状。X射线衍射分析表明,不论结晶器是否旋转,碳化物的类型始终不变,由M₂C、MC和M₆C组成,但是随旋转速率增加M₂C含量增加,MC和M₆C含量降低。碳化物组织得以改善的主要原因在于,结晶器旋转导致金属熔池深度降低、两相区宽度收窄,改善了凝固条件,减轻了元素偏析。      

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.      

M2高速钢大尺寸碳化物的形貌特征及析出机理

主要研究成品及锻造后M2高速钢碳化物种类和析出机理,为大尺寸碳化物控制提供理论依据。采用扫描电镜和能谱仪观测成品及锻造后M2高速钢中碳化物形貌、成分和分布;采用Thermo-Calc热力学软件计算M2高速钢的平衡析出相和Scheil凝固过程。结果表明,成品M2高速钢棒材中大尺寸碳化物网状分布包括MC、M6C、M2C碳化物及其复合碳化物;锻造后高速钢中出现带状碳化物和粗大碳化物堆积现象。平衡条件下,MC和M6C碳化物的析出温度分别为1 294和1 288℃,高于1 220℃奥氏体化温度;Scheil凝固时,MC、M6C和M2C碳化物依次析出。采用热处理及锻造难以消除M2高速钢中大尺寸碳化物,控制钢液凝固过程中碳化物的析出有重要意义。     

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。     

电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢中碳化物的影响

研究电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢凝固组织和碳化物偏析的影响.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等分析凝固组织及碳化物的特征.研究发现,钢锭的凝固组织均为马氏体组织、残余奥氏体及一次碳化物.H13钢电渣锭中主要析出的一次碳化物为V₈C₇、MC、M₂₃C₆及M₆C.随着冷却强度增加,电渣锭边部碳化物的尺寸减小且分布更加均匀,但是碳化物的类型不发生变化.电渣重熔过程中冷却强度增加促进钢中镁对夹杂物的变性能力,经过镁变性后生成的MgO·Al₂O₃为TiN的析出提供形核质点,MgO·Al₂O₃和TiN的复合夹杂物能够促进一次碳化物异质形核,从而细化一次碳化物.      

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...     

多向锻造对M50钢一次碳化物破碎机制的影响

在1 000 ℃和1 100 ℃对M50钢进行了累积应变分别为1.2和5.4的多向锻造(MDF)试验,分析了温度和累积应变量对M50钢碳化物破碎的影响。结果表明,原始M50钢中粗大的棒状一次M₂C型碳化物经多向锻造后破碎明显,颗粒状M₂₃C₆型碳化物在1 100 ℃下明显溶解,低温多向锻造使碳化物呈现更细小的尺寸和更分散的形态。锻件不同位置由于变形程度的不同,碳化物的破碎程度也不同,变形量大的位置碳化物破碎更明显。低温和高应变量强化了应力集中水平,使一次碳化物的破碎程度增加。应力集中是碳化物破碎和分散的主导驱动力。     

镍基粉末高温合金枝晶间亚稳碳化物

对急冷凝固镍基高温合金松散粉末热等静压成型合金中亚稳碳化物及其相间反应进行了研究.随着热处理温度的升高,粉末中合金元素的分布逐渐均匀化,但枝晶间MC能在较高的温度下保持稳定,使Ti和Zr在该处仍有较高含量.原始粉末中枝晶间主要分布着块状和花状的MC型碳化物,在预热处理过程中粉末枝晶间块状碳化物分解,发生M₂₃C₆和M₆C的析出反应,而花状碳化物的成分及形貌则保持相对稳定.成型合金残余枝晶间分布的碳化物主要由块状M₆C和MC及花状MC组成,形变再结晶可以促进枝晶间碳化物的溶解.      

保护渣添加剂组成对M2高速钢模铸锭表面质量的影响

介绍了模铸对保护渣的要求及常用添加剂的作用,并根据M2高速钢的成分、熔点等特性,通过向通用型模铸保护渣中添加萤石粉、碱粉和可膨胀石墨,对保护渣的熔点、黏度、铺展性进行调整,在生产中进行了大量试验。当单独添加萤石粉7%以上或同时添加萤石粉、碱粉各4%以上时,M2高速钢模铸锭表面粘渣面积比例降低至2%,但锭身恶化严重,出现超5%的凹坑;当萤石粉、碱粉及可膨胀石墨均添加4%时,铸锭表面粘渣面积比例降低至0%,锭身表面良好,满足了M2模铸高速钢的使用要求。适合M2系列高速钢模铸保护渣的化学成分为((18～21)%TC,(29～34)%SiO₂,(14～17)%Al₂O₃,(12～15)%CaO,(4～7)%Na₂O,(2～4)%Fe₂O₃,(1～3)%MgO,(2～4)%F,(0.5～2)%K₂O。     

轧制水冷速度对Ti微合金钢中纳米碳化物及其强化作用的影响

析出强化对于Ti微合金钢的强韧化具有重要贡献。针对不同轧制水冷速度下的Ti微合金钢,在明确其显微结构的基础上,采用非水溶液无损电解提取技术获得Ti微合金钢中的纳米碳化物,并根据纳米碳化物的物相组成和粒度分布特征计算出析出强化增量。研究结果表明:Ti微合金钢中存在大量纳米尺寸的M₃C和MC类析出物,但较快的水冷速度抑制了二者的析出行为,使得二者占钢的质量分数逐渐减小;同时,水冷速度的提高可细化M₃C类析出物粒度,但MC类析出物粒度与水冷速度无明显关系;整体而言,尽管高水冷速度强化了M₃C类析出物强化效果,并相对弱化了MC类析出物强化效果,但仍不可忽视MC类析出物的强化贡献。      

H13热作模具钢中液析碳化物的研究进展

从凝固偏析理论、凝固方法、生产工艺及合金设计等方面,综述了H13钢中液析碳化物的研究进展,阐明了H13钢的生产工艺对液析碳化物析出的影响.H13钢中的液析碳化物是由于凝固偏析而在枝晶间区域产生的,根据形貌的不同可分为多边形、长条形、块状及共晶的层片状;根据结构不同可分为MC型、M₆C型、M₇C₃或M₂₃C₆型;根据成分的不同可分为富Mo型、富V型和富Ti、Nb型.H13钢在服役过程中,受外力作用时会在液析碳化物处形成裂纹,严重降低材料的韧性,控制液析碳化物的数量和尺寸可以减小其危害.工业生产条件下控制H13钢中液析碳化物的主要手段有凝固控制、变质处理、铸锭高温扩散和合金成分优化等.其中凝固过程控制及变质处理可以控制液析碳化物的尺寸、数量及在凝固过程中的生成时机,但无法完全避免液析碳化物的产生.对H13钢进行合金成分优化可以改变液析碳化物的稳定性.铸锭高温扩散是控制H13钢中液析碳化物的最主要手段,但工业生产中采用的具体加热温度和保温时间有待进一步研究.      

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.      

10CrNi2Mo3Cu2V耐热钢的高温析出与脆化机制

摘要：利用光学显微镜、扫描电镜、力学性能测试等方法,分析了10CrNi2Mo3Cu2V耐热钢锻件的脆化原因,并研究了钢在1050～850℃区间的高温析出行为,及其对冲击韧性的影响。结果表明,锻件脆化由粗大的链状M6C相引起,950～850℃温度区间,钢中发生M6C相的高温析出行为,导致冲击韧性恶化。析出温度区间内,降低温度、延长时间均能促进析出相的形核与长大,使M6C相含量增加,尺寸长大,分布更加聚集,逐渐形成链状形貌。Mo元素偏析能够提高M6C相的开始析出温度、增加相含量。锻造温度是影响高温析出行为的关键因素,应控制终锻温度不小于950℃,避免锻后脆化。     

T型结晶器抽锭电渣重熔高速钢90 mm方锭新工艺

 晶界处碳化物严重影响高速工模具钢的红硬性和耐磨性能,电渣重熔工艺能够有效地改善钢锭中碳化物尺寸及分布。传统电渣重熔生产较小钢锭的截面尺寸约为[?]200 mm,减小钢锭截面尺寸和增大冷却速率将会进一步减轻碳化物的偏析程度,但将降低生产效率、提高生产成本。采用双极串联、T型结晶器、抽锭电渣重熔新工艺生产90 mm方锭,并与相同熔化速度传统电渣重熔生产[?]200 mm钢锭进行对比试验。对钢锭成分、低倍、夹杂物、显微组织进行检验分析结果表明,90 mm方钢锭中碳化物尺寸和分布明显优于[?]200 mm钢锭,碳化物在后序锻造或轧制过程中更容易被破碎。新工艺电耗也低于传统电渣重熔工艺。