硅影響M2高速鋼中碳化物形成和轉(zhuǎn)變的研究.pdf

1、在裝備工業(yè)快速發(fā)展的今天，高速鋼作為一種重要的工具材料，再次引起世界各國的關(guān)注，并作為前沿先進材料之一再次列入我國十二五科技發(fā)展規(guī)劃中。通常情況下，高速鋼在凝固過程中形成的網(wǎng)狀共晶碳化物必須通過鍛軋變形來破碎。多數(shù)情況下，變形需要多道次。而對一些大體積或大規(guī)格的產(chǎn)品進行變形是十分困難的，甚至是不可能的。即使對尺寸較小的產(chǎn)品，共晶碳化物的破碎效果有時也不能令人滿意。已有資料表明硅對鑄態(tài)組織中碳化物的類型有重要影響，且硅可能促進M2高速鋼中

2、M2C共晶碳化物在高溫熱處理時的分解。但這些研究是非常有限且零散的，所以弄清楚硅對通用型M2高速鋼鑄態(tài)組織中的碳化物以及高溫熱處理時M2C共晶碳化物分解過程的影響規(guī)律十分必要，從而使在小變形量時大尺寸產(chǎn)品中化合物的細化成為可能。因此，本課題的研究工作不僅具有較高的學術(shù)價值，還可以為實際生產(chǎn)中合理熱處理工藝的制定提供理論依據(jù)，對于其它鋼或者新鋼種的開發(fā)也有一定的借鑒，具有較高的應用價值和重要意義。
　　 本文通過金相顯微鏡、掃描電

3、子顯微鏡及能譜分析儀、X射線衍射分析儀、差熱分析儀和Thermo-Calc軟件計算等手段，系統(tǒng)研究了硅對M2高速鋼鑄態(tài)組織、熱處理過程中共晶碳化物的分解及粗化和變形后的組織與性能的影響，結(jié)合熱力學和動力學探討了硅對碳化物形成和轉(zhuǎn)變的影響機理。主要研究結(jié)果如下：
　　 添加硅會對鑄態(tài)M2高速鋼中共晶萊氏體和共析體產(chǎn)生重要影響。常規(guī)M2高速鋼鑄態(tài)組織中的共晶碳化物為富含鎢和鉬的片層狀M2C。硅含量添加至0.8％時，共晶碳化物的類型和

4、形貌沒有明顯變化。當硅含量為1.6％和2.4％時，共晶碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)椤棒~骨”狀M6C，片層狀M2C碳化物完全消失。隨著硅含量的增加，鑄態(tài)組織中的共析體從無到有，且越來越發(fā)達，共析碳化物從片層狀變?yōu)槌食纱氐慕z束狀，外圍有碳化物殼，主要為M6C碳化物。作為一種鐵素體形成元素，硅的添加影響合金元素的分配系數(shù)和活度系數(shù)，從而更有利于M6C碳化物的形成。硅的添加擴大鐵素體相區(qū)，增加了包晶反應后殘余δ鐵素體的量，從而在隨后冷卻中形成更多的共析體。

5、r>　　 添加硅促使高速鋼中的M2C共晶碳化物在較低的溫度或以更快的速度分解。在熱處理過程中，片層狀共晶碳化物M2C發(fā)生相變分解為細小的MC和M6C碳化物。隨著保溫溫度的升高以及保溫時間的延長，碳化物的分解越來越明顯。M2高速鋼在1100℃×4h、1150℃×2h和1200℃×30min的熱處理中M2C碳化物完全分解，M2-0.8Si高速鋼中的M2C碳化物分解完成的幾種熱處理工藝是1100℃C×2h、1150℃×1h和1200℃×15

6、min。硅的添加促進了相同熱處理條件下鋼中共晶碳化物M2C的分解，主要原因是增加分解產(chǎn)物的形核率。所述熱處理條件下，硅的添加更利于碳化物的細化，M2-0.8Si鋼中分解形成的顆粒狀和條/“花生”狀碳化物均比M2鋼中的碳化物尺寸小。
　　 在1200℃以上的高溫熱處理過程中，共晶碳化物發(fā)生分解后形成的細小碳化物會發(fā)生聚集粗化，硅對高溫處理過程中碳化物的粗化沒有發(fā)現(xiàn)抑制作用。在1225℃保溫15min時，M2和M2-0.8Si高速鋼

7、中的共晶碳化物分解，產(chǎn)物的尺寸分別約為0.63μm和0.65μm，比1200℃保溫15min的碳化物顆粒大，和1200℃保溫1h的相近。當保溫時間超過30min，分解后的碳化物明顯粗化，出現(xiàn)塊狀或角狀碳化物，尺寸超過2μm。在1250℃的保溫過程中，碳化物的粗化也很明顯，成為塊狀或角狀碳化物，尺寸可達7μm及以上，并出現(xiàn)一些由于局部重熔而形成新的MC共晶碳化物?？傮w而言，在1225℃以下進行熱處理時，含硅高速鋼中的分解產(chǎn)物尺寸并不比M2

8、高速鋼中分解產(chǎn)物的尺寸大。合適的分解溫度應低于或等于1200℃。
　　 經(jīng)鍛造破碎后，M2-0.8Si高速鋼鍛坯中的碳化物比M2高速鋼中的碳化物更加細小均勻，而M2-1.6Si和M2-2.4Si高速鋼鍛坯中由于“魚骨”狀共晶碳化物的破碎不完全仍有“魚骨”狀碳化物存在。M2-0.8Si高速鋼鍛前1165℃加熱保溫2.5h的鍛坯獲得較好的綜合性能，其硬度為66.7HRC，抗彎強度達到3250MPa。經(jīng)軋制后棒材中碳化物進一步破碎，但

9、在硅含量為1.6%和2.4%的高速鋼棒材中仍存在一些塊狀的碳化物，對性能不利。M2-0.8Si高速鋼鍛前1165℃加熱保溫2.5h經(jīng)軋制的棒材的力學性能優(yōu)于其它實驗條件下的棒材，其獲得較高綜合性能的最佳熱處理條件為：1180℃淬火540℃回火，其抗彎強度可達4183MPa，硬度為65.5HRC。
　　 片層狀M2C碳化物的“相變細化”使得高速鋼在鍛造及軋制加工后棒材中的碳化物顆粒尺寸較小，而沒發(fā)生相變的“魚骨”狀碳化物僅發(fā)生“機