M3-2高速鋼粉末的凝固組織及燒結(jié)行為研究.pdf

1、高速工具鋼是目前應(yīng)用最廣泛的切削刀具材料之一。與傳統(tǒng)高速鋼相比，粉末冶金高速鋼具有使用性能優(yōu)良、材料利用率高及節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了水霧化M3/2高速鋼粉末的快速凝固特征，并針對粉末高速鋼燒結(jié)溫度高、燒結(jié)溫度區(qū)間窄等問題，研究了碳、硅含量對高速鋼粉末燒結(jié)行為的影響，分析了影響機(jī)理及燒結(jié)動力學(xué)機(jī)制。
　　對高速鋼粉末的快速凝固特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，水霧化M3/2高速鋼粉末形狀不規(guī)則，平均顆粒尺寸為50μm，平均冷卻速度為10

2、5K/s～107K/s。粉末的凝固組織以空間分布的等軸樹枝晶為主，立方的MC型和密排六方的M2C型碳化物以空間網(wǎng)絡(luò)狀分布于等軸晶之間的晶界處。由于顆粒的熔體分割使馬氏體形核困難及極高的冷卻速度使高溫穩(wěn)定相原子的狀態(tài)被保留至低溫等原因，隨著粉末粒徑的減小即冷卻速度的增大，高速鋼的結(jié)晶相呈現(xiàn)由馬氏體向奧氏體，進(jìn)而向δ鐵素體轉(zhuǎn)變的趨勢。粉末的快速凝固過程是一種近臨界過冷狀態(tài)，即處于一種由完全擴(kuò)散過程向無擴(kuò)散過程的過渡階段。
　　研究了碳

3、含量對燒結(jié)行為的影響，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)態(tài)試樣的組織特征是M6C和MC型碳化物分布在以馬氏體相為主、另有部分殘余奧氏體相存在的基體上。碳含量為1.4wt％的合金成分為最佳合金成分，其最佳燒結(jié)溫度為1240℃，有效燒結(jié)溫度區(qū)間為1240℃～1260℃，在保持綜合性能不變情況下（硬度與抗彎強(qiáng)度值分別為HRC46.8和2124.5MPa），最佳燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)M3/2高速鋼降低了30℃，有效燒結(jié)溫度區(qū)間擴(kuò)大了10K。碳含量對燒結(jié)行為的影響機(jī)理為：隨著碳含

4、量的增加，奧氏體晶格畸變增加，畸變能使體系能量升高，從而使燒結(jié)區(qū)間（液相+奧氏體+碳化物區(qū)）的固相線溫度降低，在較低的燒結(jié)溫度下可以形成初始液相，擴(kuò)大了有效燒結(jié)溫度區(qū)間；同時(shí)在相同的燒結(jié)溫度下產(chǎn)生的液相體積分?jǐn)?shù)增多，有助于致密化過程的進(jìn)行。
　　與碳含量相似，硅含量增加為1.0wt%時(shí)，在1230℃進(jìn)行燒結(jié)，就可以達(dá)到100%的燒結(jié)密度，說明硅含量的增加對致密化過程有促進(jìn)作用。從性能上看，硅含量1.0wt%燒結(jié)試樣具有最佳的綜合力

5、學(xué)性能，其硬度為HRC51.8，抗彎強(qiáng)度為1639MPa，斷裂韌性為26.3MPa·m1/2。與硅含量0.3wt%，燒結(jié)溫度1240℃的試樣相比，除硬度值增加外，其它性能均有下降。這說明硅元素除了對致密性有影響，對馬氏體組織的晶粒尺寸、固溶強(qiáng)化作用及碳化物尺寸分布均有影響，以上因素共同決定燒結(jié)試樣的性能。
　　對高速鋼粉末的燒結(jié)動力學(xué)進(jìn)行了分析。燒結(jié)過程可以分為三個(gè)階段：燒結(jié)初期（相對密度<3%），此階段形成燒結(jié)頸并發(fā)生燒結(jié)頸長大