研究不同比例碳化釩（VC）顆粒取代單質(zhì)V粉加入時(shí)對(duì)粉末高速鋼致密度、顯微組織和性能的影響,分析不同燒結(jié)保溫時(shí)間條件下強(qiáng)化相組成的差異以及對(duì)材料性能的作用機(jī)理。結(jié)果表明:添加VC顆粒的比例逐漸增高時(shí),改善了元素V與基體之間的結(jié)合狀態(tài),有效促進(jìn)高速鋼的燒結(jié)致密化。保溫時(shí)間為90 min時(shí),添加VC顆粒的試樣組織內(nèi)部出現(xiàn)了大量的板條狀M₂C型碳化物,而當(dāng)保溫時(shí)間延長至120 min時(shí),高速鋼組織內(nèi)M₂C碳化物分解較為完全,同時(shí)產(chǎn)生了大量細(xì)小的M₆C和MC型碳化物。增大VC顆粒加入的比例有助于高速鋼力學(xué)性能的提高,在加入比例為150%、保溫時(shí)間為120 min時(shí)取得強(qiáng)度最大值2 597 MPa。高速鋼的硬度主要與密度和強(qiáng)化相的性質(zhì)有關(guān),該研究制備得到的高速鋼硬度基本維持在51～52 HRC左右。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,38(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

燒結(jié)工藝曲線

圖3為燒結(jié)保溫時(shí)間為90 min時(shí),添加不同比例VC顆粒時(shí)高速鋼的微觀組織形貌。各種類型碳化物具體元素組成的能譜分析結(jié)果見表3。由背散射電子成像原理及標(biāo)準(zhǔn)M2高速鋼合金物相組成可知[14],圖3中呈塊狀或角狀的亮白色組織為W、Mo等原子序數(shù)較大元素富集的M6C型碳化物;組織中分布比較雜亂的棒狀或板條狀的白色碳化物類型為M2C,含有較多的Mo、V元素;組織中的灰色相主要為V的碳化物,C和V的比例接近于1∶1,溶解有少量的W、Mo等元素,是標(biāo)準(zhǔn)的MC型碳化物。顯微組織中剩余的大部分區(qū)域?yàn)棣?Fe基體,Fe的含量超過70%,溶解有一定量的Cr。表3 高速鋼中不同類型碳化物的合金元素組成 % 類型 W Mo Cr V C Fe M6C 14.16 10.96 5.71 5.69 14.39 49.09 M2C 14.13 17.57 8.10 25.33 20.12 14.74 MC 7.52 8.77 4.31 51.83 21.63 6.94

圖2為不同比例VC顆粒加入時(shí),試樣在1 220℃分別保溫90 min與120 min的密度變化曲線。從圖中可以看出,試樣密度隨著添加VC顆粒比例的增加呈現(xiàn)出明顯的的先上升后下降的趨勢(shì),且延長保溫時(shí)間至120 min時(shí),試樣的密度基本保持不變或略有上升。利用VC顆粒逐步取代元素V粉作為釩源加入時(shí),對(duì)于材料密度的提升作用明顯,當(dāng)全部以單質(zhì)V粉加入時(shí),試樣的密度僅為7.66 g·cm-3,致密度低于94%,而利用50%VC部分取代元素V加入時(shí),試樣密度迅速提升至8.00 g·cm-3左右,相對(duì)密度達(dá)到98%,組織內(nèi)部孔隙數(shù)量明顯減少。造成這種密度變化的原因主要包括2個(gè)方面:①原料粉末經(jīng)高能球磨、混料等預(yù)處理時(shí),不可避免地會(huì)引入一定的氧造成元素V的氧化,V與O的結(jié)合較為緊密,脫氧溫度段難以實(shí)現(xiàn)有效去除,甚至可能由于內(nèi)部氧傳遞的機(jī)制導(dǎo)致二次氧化[12]。V氧化物的存在惡化了與基體之間的結(jié)合狀態(tài),增加了合金元素與基體之間物質(zhì)交換的阻力,導(dǎo)致組織中V元素富集的地方會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)量的孔隙,進(jìn)而造成致密度降低。直接添加的VC顆粒相比元素V而言,在脫氧溫度段V與C之間的結(jié)合較為緊密,可有效改善V的氧化問題,材料致密化阻力降低;②V氧化物在燒結(jié)溫度條件下發(fā)生一定程度的還原也會(huì)造成試樣致密度降低。高速鋼中合金元素含量較多,且整個(gè)燒結(jié)過程在高真空度的條件下進(jìn)行,可在一定程度上促進(jìn)V氧化物的還原,但是反應(yīng)進(jìn)程相對(duì)較慢。在1 220℃的燒結(jié)溫度時(shí),試樣表面致密化相對(duì)較快,內(nèi)部還原出來一定量氣體難以有效排出,造成組織中有較為粗大的氣孔存在,嚴(yán)重阻礙了試樣致密化程度的提高[13]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]固相反應(yīng)生成VC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料[J]. 王一三,丁義超,程鳳軍,石建國,賴麗.  熱加工工藝. 2004(09)

碩士論文
[1]高速鋼中MC和M2C的穩(wěn)定性和力學(xué)性能的第一性原理研究[D]. 鄭勇.東南大學(xué) 2018
[2]M2粉末冶金高速鋼的制備及性能與組織研究[D]. 童時(shí)偉.湘潭大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3569436