含鈷高性能高速鋼回火組織和性能演變研究.pdf

1、高速鋼是機械加工制造業(yè)的基礎原材料之一，廣泛應用于高速切削工具、高載荷精密模具、航空高溫軸承等重要領域。隨著現(xiàn)代機械加工制造業(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。目前關于Co對高速鋼紅硬性的影響作用機制尚不明晰，無法為尋找可替代Co的理想合金元素提供科學依據(jù)。本課題以含Co高性能高速鋼為對象，研究含

2、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理，從而為優(yōu)化高速鋼成分設計、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。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

3、金元素。其中，MC碳化物呈圓片狀，具有面心立方晶體結構，與基體之間滿足Backer-Nutting取向關系，即(100) MC‖(100)α;M2C碳化物呈長條狀，具有密排六方晶體結構，與基體之間滿足Pitch-Schrader取向關系，即(0001) M2C(‖)(011)α。碳化物與基體之間具有共格或半共格取向關系，起到析出強化作用，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系

4、，析出強化作用消失、硬度下降，但其與基體的取向關系不變。MC結構穩(wěn)定，回火過程中不發(fā)生結構轉(zhuǎn)變。與MC不同，M2C碳化物在高溫回火時還將發(fā)生結構轉(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，F(xiàn)e、Cr含量上升，有利于降低碳化物形核勢壘，促進碳

5、化物析出。相同熱處理條件下，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，與基體共格關系喪失，導致硬度下降。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C

6、o雖然不參與形成合金碳化物，但會影響合金元素在不同物相中的重新分配，進而影響合金碳化物的長大過程:回火初期，Co促進Fe元素富集于碳化物，有利于降低碳化物形核勢壘，促進碳化物析出;回火后期，Co促進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化效果增強，回火硬度升高;另一方面，Co的加入改