噴射成形超高碳鋼及高速鋼的超塑性研究.pdf

1、噴射成形技術(shù)不僅具有快速凝固工藝的優(yōu)點(diǎn),而且克服了快速凝固。粉末冶金工藝成本高、工序復(fù)雜的缺點(diǎn)。由于碳含量高,在常規(guī)鑄造工藝的凝固及常規(guī)熱加工過(guò)程中,超高碳鋼難以避免粗大碳化物網(wǎng)絡(luò)的形成,導(dǎo)致其脆性。本文圍繞噴射成形工藝制備的超高碳鋼和高釩高鈷高速鋼,分析了含Si超高碳鋼和熱軋后的高釩高鈷高速鋼的超塑性變形行為,研究了合金元素,熱加工手段(熱軋和等溫鍛造)對(duì)超高碳鋼和高釩高鉆高速鋼綜合性能的影響。 噴射成形工藝制備的超高碳鋼 U

2、HCS-3.0Si(硅含量為3.0﹪)的顯微組織特征是,珠光體層片間距均勻細(xì)密,晶界處網(wǎng)狀碳化物基本消除,材料無(wú)宏觀偏析。與鑄錠法制備的母合金相比,其室溫力學(xué)性能有了顯著提高,屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度都明顯地高于超高碳鋼母合金相應(yīng)的值。 噴射態(tài)超高碳鋼UHCS-3.0Si的超塑性研究結(jié)果表明,超高碳鋼在一個(gè)相當(dāng)大的溫度范圍具有較好的超塑性.最佳的變形條件是溫度為820℃,變形速率為2×10<'-4>s<'-1>,最大延長(zhǎng)率為380﹪；

3、值得注意的是獲得這些超塑性性能的超高碳鋼UHCS-3.0Si并沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何熱的或機(jī)械的組織預(yù)處理過(guò)程。 噴射態(tài)UHCS-3.0Si變形過(guò)程中的組織自轉(zhuǎn)變特性表明,盡管其變形前的原始組織為不利于超塑性變形的典型層片狀珠光體,但在變形過(guò)程中,層片狀組織逐漸球化。珠光體中的條狀碳化物逐漸發(fā)生碎化和球化,并彌散分布于晶界處.隨著變形量的加大,噴射態(tài)UHCS-3.0Si的球化特征逐漸明顯,從而導(dǎo)致了變形能夠獲得較大的延長(zhǎng)率。 分析

4、了噴射態(tài)UHCS-3.0Si超塑性變形的力學(xué)行為特征。應(yīng)變速率恒定時(shí),其流變應(yīng)力隨溫度的升高(760℃到800℃)而降低,這符合高溫變形時(shí)的應(yīng)力變化規(guī)律.而當(dāng)溫度超過(guò)820℃時(shí),流變應(yīng)力反而高于800℃時(shí)的流變應(yīng)力,并且這種趨勢(shì)隨著應(yīng)變速率提高更加明顯。流變應(yīng)力升高的原因在于超高碳鋼高于820℃時(shí)發(fā)生了相變.超高碳鋼在760～840℃整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)超塑性變形的應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值在0.15～0.4范圍內(nèi)。在應(yīng)變速率恒定而溫度升高的變形條

5、件下,應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值呈現(xiàn)升高的趨勢(shì).應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值隨應(yīng)變量的增加逐漸升高的趨勢(shì)表明噴射態(tài)超高碳鋼在變形過(guò)程中其顯微組織朝著有利于超塑性變形的方向變化.研究結(jié)果表明,在碳化物層片間的鐵素體基體中存在大量位錯(cuò),且位錯(cuò)密度在碳化物層片間的尖端處更高.隨著形變量的增加,碳化物層片間鐵素體基體運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的密度越來(lái)越高。這說(shuō)明隨著碳化物的球化,碳化物層片間距擴(kuò)大,位錯(cuò)越容易在鐵素體基體中滑移,因此對(duì)超塑性變形貢獻(xiàn)所占比例也就越大.此時(shí)變形

6、受體積擴(kuò)散(或晶格擴(kuò)散、)過(guò)程所控制.噴射態(tài)UHCS-3.0Si材料在760-800℃溫度范圍內(nèi)超塑性變形的表觀激活能為Q<,app>299KJ/Mool,接近于α-Fe的自擴(kuò)散系數(shù)。 研究了熱軋或等溫鍛造工藝對(duì)噴射成形超高碳鋼綜合力學(xué)性能的影響.超高碳鋼UHCS-3.0Si經(jīng)單道次大變形量的熱軋工藝處理后,在820℃的變形溫度條件下,應(yīng)變速率在2×10<'-3>s<'-1>到1 s<'-1>的范圍內(nèi),其延長(zhǎng)率得到了大幅度提高(

7、應(yīng)變速率為1s<'-1>時(shí),延長(zhǎng)率為150﹪；2×10<'-3>s<'-1>時(shí),延長(zhǎng)率為600﹪).等溫鍛造后的超高碳鋼材料室溫下屈服點(diǎn)達(dá)850MPa以上,抗拉強(qiáng)度達(dá)1200MPa,而拉伸延長(zhǎng)率保持在10﹪以上。超塑性性能也顯著得到提高.在中等應(yīng)變速率1.5×10<'-3>S<'-1>時(shí),延長(zhǎng)率與是噴射態(tài)時(shí)相比提高了一倍；研究了Si元素對(duì)噴射成形超高碳鋼超塑性的影響.含Si超高碳鋼(UHCS-3.Osi、UHCS-2.Osi、UHCS-

8、1.Osi、UHCS-0.5Si)在應(yīng)變速率為2.5x10<'-4>s<'-1>時(shí)均獲得最大的延長(zhǎng)率,且獲得最大延長(zhǎng)率的變形溫度隨Si含量降低逐步下降。超高碳鋼'UHCS-2.Osi在超塑性變形過(guò)程中顯微組織的演化過(guò)程也與UHCS-3.0Si超高碳鋼類(lèi)似。 研究了噴射成形工藝制備的高釩高鈷高速鋼熱軋后的超塑性性能。該高速鋼在5xl0<'-3>s<'-1>的應(yīng)變速率下實(shí)現(xiàn)最高達(dá)327﹪高溫拉伸延長(zhǎng)率,且在相當(dāng)高的應(yīng)變速率1.0×