本文關(guān)鍵詞：含鈷高性能高速鋼回火組織和性能演變研究

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【摘要】：高速鋼是機(jī)械加工制造業(yè)的基礎(chǔ)原材料之一,廣泛應(yīng)用于高速切削工具、高載荷精密模具、航空高溫軸承等重要領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工制造業(yè)的發(fā)展,切削加工速度和精度不斷提高,對高速鋼材料的高溫性能特別是紅硬性提出了更高要求。高速鋼中添加非碳化物形成元素Co,有助于提升高速鋼的紅硬性,據(jù)此開發(fā)出含Co高性能高速鋼。目前關(guān)于Co對高速鋼紅硬性的影響作用機(jī)制尚不明晰,無法為尋找可替代Co的理想合金元素提供科學(xué)依據(jù)。本課題以含Co高性能高速鋼為對象,研究含Co高速鋼回火組織和合金碳化物演變規(guī)律,以期闡明非碳化物形成元素Co對高速鋼紅硬性的作用機(jī)理,從而為優(yōu)化高速鋼成分設(shè)計(jì)、開發(fā)高溫性能優(yōu)異的高性能高速鋼提供理論支撐。研究結(jié)果表明,高速鋼回火過程存在二次硬化現(xiàn)象,550℃回火后硬度達(dá)到峰值,溫度繼續(xù)升高,硬度反而下降。高速鋼回火過程硬度變化與合金碳化物的析出行為緊密相關(guān)。550℃回火后,組織中析出大量的納米級、多組分合金碳化物MC和M2C,二者均含有W、Cr、Mo、V、Fe等合金元素。其中,MC碳化物呈圓片狀,具有面心立方晶體結(jié)構(gòu),與基體之間滿足Backer-Nutting取向關(guān)系,即(100) MC (100)α; M2C碳化物呈長條狀,具有密排六方晶體結(jié)構(gòu),與基體之間滿足Pitch-Schrader取向關(guān)系,即(0001)M2C(011)。。碳化物與基體之間具有共格或半共格取向關(guān)系,起到析出強(qiáng)化作用,提高了高速鋼硬度。隨著回火溫度升高,MC和M2C合金碳化物尺寸發(fā)生長大,碳化物與基體之間為非共格關(guān)系,析出強(qiáng)化作用消失、硬度下降,但其與基體的取向關(guān)系不變。MC結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,回火過程中不發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。與MC不同,M2C碳化物在高溫回火時(shí)還將發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,形成M6C和M23C6碳化物。Co提高高速鋼回火硬度峰值,并在一定程度上減緩過回火階段的硬度下降速率。Co促進(jìn)碳化物回火析出,增加碳化物析出數(shù)量,從而使回火硬度升高。Co影響峰值處析出的合金碳化物成分,使W、Mo含量略為降低,Fe、Cr含量上升,有利于降低碳化物形核勢壘,促進(jìn)碳化物析出。相同熱處理?xiàng)l件下,Co能減小MC和M2C合金碳化物的尺寸,有利于碳化物與基體之間共格關(guān)系的維持,對提高高速鋼硬度和紅硬性有利。等溫回火研究結(jié)果表明,回火初期硬度急劇下降,回火后期硬度下降緩慢。等溫回火初期,合金碳化物MC和M2C尺寸迅速長大,與基體共格關(guān)系喪失,導(dǎo)致硬度下降。在合金碳化物長大過程中,合金元素在MC、M2C和基體中的含量發(fā)生變化,合金元素存在重新分配現(xiàn)象,對碳化物的長大過程產(chǎn)生影響。非碳化物形成元素Co雖然不參與形成合金碳化物,但會(huì)影響合金元素在不同物相中的重新分配,進(jìn)而影響合金碳化物的長大過程：回火初期,Co促進(jìn)Fe元素富集于碳化物,有利于降低碳化物形核勢壘,促進(jìn)碳化物析出；回火后期,Co促進(jìn)Cr、V元素富集于碳化物,在一定程度上降低了碳化物長大速率,抑制了碳化物粗化。Co之所以能提高高速鋼紅硬性,一方面是由于Co影響碳化物析出過程,提高碳化物析出數(shù)量,從而使碳化物析出強(qiáng)化效果增強(qiáng),回火硬度升高；另一方面,Co的加入改變了合金元素的回火相分配行為,降低了碳化物的長大速率,延長了碳化物析出強(qiáng)化效應(yīng),減緩了硬度下降趨勢。因此,在選擇替代Co的最佳元素時(shí),需要考慮該元素對碳化物析出和碳化物長大的作用,選取能同時(shí)促進(jìn)碳化物析出和抑制碳化物長大的元素。
【關(guān)鍵詞】：高速鋼 紅硬性 Co 合金碳化物 粗化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1;TG156.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 高速鋼的生產(chǎn)與發(fā)展11-14
• 1.1.1 高速鋼發(fā)展歷史11-12
• 1.1.2 高速鋼的生產(chǎn)流程12-13
• 1.1.3 高速鋼發(fā)展趨勢13-14
• 1.2 高速鋼的成分、組織與性能14-17
• 1.2.1 高速鋼的性能特點(diǎn)14-15
• 1.2.2 高速鋼合金化15-16
• 1.2.3 高速鋼的組織16-17
• 1.3 高速鋼的熱處理與組織轉(zhuǎn)變17-21
• 1.3.1 高速鋼的退火17-18
• 1.3.2 高速鋼的淬火18
• 1.3.3 高速鋼的回火18-21
• 1.4 Co在高性能高速鋼中的應(yīng)用21-23
• 1.5 合金碳化物的長大行為23-26
• 1.5.1 第二相的Ostwald熟化理論23-25
• 1.5.2 合金碳化物粗化研究25-26
• 1.6 課題研究背景與內(nèi)容26-28
• 1.6.1 課題研究背景與意義26-27
• 1.6.2 課題研究內(nèi)容27-28
• 第二章 研究路線及方法28-35
• 2.1 研究路線28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)樣品制備29-33
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)熱處理工藝29-30
• 2.3.2 SEM微觀組織樣品制作30
• 2.3.3 TEM金屬薄片樣品制備30
• 2.3.4 TEM碳復(fù)型樣品制備30-33
• 2.4 實(shí)驗(yàn)分析方法33-35
• 2.4.1 硬度性能測試33
• 2.4.2 碳化物形貌觀察、尺寸統(tǒng)計(jì)33
• 2.4.3 碳化物結(jié)構(gòu)、成分確定33-35
• 第三章 含Co高速鋼回火二次硬化與合金碳化物演變35-62
• 3.1 高速鋼回火二次硬化現(xiàn)象35-37
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)樣品35
• 3.1.2 回火硬度變化35-37
• 3.2 高速鋼回火組織演變37-51
• 3.2.1 金相組織和SEM微觀組織37-38
• 3.2.2 回火組織演變TEM分析38-40
• 3.2.3 二次硬化峰值溫區(qū)合金碳化物析出行為40-43
• 3.2.4 過回火階段合金碳化物演變行為43-46
• 3.2.5 合金碳化物與基體取向、共格關(guān)系及過回火過程中變化46-51
• 3.3 Co對高速鋼回火組織演變的影響51-61
• 3.3.1 含Co高速鋼回火金相組織和SEM組織51-53
• 3.3.2 含Co高速鋼回火組織演變TEM分析53-54
• 3.3.3 Co對二次化峰值溫區(qū)合金碳化物析出行為的影響54-57
• 3.3.4 Co對過回火階段合金碳化物演變行為的影響57-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 第四章 含Co高速鋼合金碳化物粗化行為研究62-86
• 4.1 高速鋼等溫回火硬度變化曲線62-63
• 4.2 高速鋼等溫回火過程合金碳化物粗化行為63-73
• 4.2.1 微觀組織演變63-66
• 4.2.2 合金元素的相分配66-68
• 4.2.3 高速鋼合金碳化物粗化行為分析68-73
• 4.3 鉆對合金碳化物粗化的影響73-84
• 4.3.1 微觀組織演變73-76
• 4.3.2 合金元素分布變化76-78
• 4.3.3 含Co鋼合金碳化物粗化行為分析78-84
• 4.4 本章小結(jié)84-86
• 第五章 結(jié)論86-88
• 參考文獻(xiàn)88-95
• 致謝95-96

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：578603