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并沒有經(jīng)過任何熱的或機(jī)械的組織預(yù)處理過程。 噴射態(tài)UHCS-3.0Si變形過程中的組織自轉(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,其流變應(yīng)力隨溫度的升高(760℃到800℃)而降低,這符合高溫變形時的應(yīng)力變化規(guī)律.而當(dāng)溫度超過820℃時,流變應(yīng)力反而高于800℃時的流變應(yīng)力,并且這種趨勢隨著應(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℃時發(fā)生了相變.超高碳鋼在760～840℃整個溫度區(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.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表明噴射態(tài)超高碳鋼在變形過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,且位錯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)動位錯的密度越來越高。這說明隨著碳化物的球化,碳化物層片間距擴(kuò)大,位錯越容易在鐵素體基體中滑移,因此對超塑性變形貢獻(xiàn)所占比例也就越大.此時變形

6、受體積擴(kuò)散(或晶格擴(kuò)散、)過程所控制.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),其延長率得到了大幅度提高(

7、應(yīng)變速率為1s<'-1>時,延長率為150﹪；2×10<'-3>s<'-1>時,延長率為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,延長率與是噴射態(tài)時相比提高了一倍；研究了Si元素對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>時均獲得最大的延長率,且獲得最大延長率的變形溫度隨Si含量降低逐步下降。超高碳鋼'UHCS-2.Osi在超塑性變形過程中顯微組織的演化過程也與UHCS-3.0Si超高碳鋼類似。 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﹪高溫拉伸延長率,且在相當(dāng)高的應(yīng)變速率1.0×