電磁離心鑄造高速鋼組織與性能研究.pdf

1、鋼鐵工業(yè)中,軋輥是使軋材產(chǎn)生塑性變形的主要工具。在軋制過程中,軋輥與軋材直接接觸,其失效形式主要為輥面裂紋、壓痕等異常磨損。為了提高軋輥的表面耐磨性,材料科學(xué)工作者從冷硬鑄鐵到高鉻鑄鐵以及高碳高速鋼不斷改進(jìn)軋輥材料。高鉻鑄鐵軋輥以其良好的硬度與韌性相配合在20世紀(jì)90年代得到廣泛關(guān)注,而其不足點(diǎn)在于耐磨性對工作溫度非常敏感。高速鋼軋輥具有良好的熱穩(wěn)定性以及優(yōu)異的力學(xué)性能,從問世開始就受到人們的普遍關(guān)注。因此,開展高速鋼軋輥的制備工藝和力

2、學(xué)性能研究對于促進(jìn)軋輥制備技術(shù)的進(jìn)步具有重要的意義。
　　本文在擬定高速鋼化學(xué)成分的前提下,采用自制的電磁離心鑄造裝置制備了高速鋼耐磨層。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、能譜分析、X射線衍射等分析手段觀察研究了普通砂型鑄造、離心鑄造和電磁離心鑄造三種方法下工藝參數(shù)對高速鋼凝固組織以及熱處理后組織的影響規(guī)律,并利用Fluent軟件對高速鋼電磁離心鑄造成型工藝進(jìn)行了熱流磁耦合數(shù)值模擬分析。結(jié)果顯示,高速鋼的凝固組織主要

3、由碳化物(MC+M2C+M7C3)+馬氏體+殘余奧氏體組成。離心鑄造過程中,隨著離心轉(zhuǎn)速的提高,粒狀碳化物逐漸變小,呈現(xiàn)均勻化、彌散化分布趨勢,共晶組織中的碳化物板條逐漸變細(xì)、變短。添加電磁力攪拌作用后,隨著磁場強(qiáng)度的增加,高速鋼凝固組織中碳化物顆粒尺寸進(jìn)一步變小,角狀碳化物的尖角逐漸變圓潤,向球團(tuán)狀過度;粒狀碳化物在基體中的分布逐漸變均勻,彌散;共晶組織中碳化物板條呈現(xiàn)出長度逐漸變短而間距逐漸增大的趨勢,合金元素的分布更加均勻。在淬火

4、溫度為1200℃+560℃兩次回火條件下,高速鋼基體組織中析出尺寸分布在220-260nm范圍的納米級二次細(xì)小碳化物,并隨著淬火溫度的升高不斷增多,且均勻、彌散地分布在馬氏體基體中,為提高高速鋼的紅硬性奠定了組織基礎(chǔ)。
　　通過硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)及磨損試驗(yàn),研究了普通砂型鑄造、離心鑄造及電磁離心鑄造三種方法的工藝參數(shù)對高速鋼熱處理后力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著離心轉(zhuǎn)速的增加,高速鋼熱處理后的硬度值呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢,當(dāng)離

5、心轉(zhuǎn)速為1100r/min時(shí)硬度達(dá)到峰值,而離心轉(zhuǎn)速對高速鋼沖擊韌性的影響不明顯。在相同的熱處理?xiàng)l件下,隨著磁場強(qiáng)度的增加,高速鋼的硬度呈現(xiàn)先增大后下降的趨勢;當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.10T時(shí),高速鋼硬度最大,沖擊韌性最佳。高速鋼的磨損量隨著淬火溫度的升高不斷減少,在淬火溫度為1200℃+560℃兩次回火時(shí),高速鋼的耐磨性最高。
　　熱流磁耦合數(shù)值模擬分析結(jié)果表明,金屬液從澆口處呈拋物線流入高速旋轉(zhuǎn)著的鑄型內(nèi),緊貼鑄型內(nèi)壁面并以螺旋線的形