燒結(jié)方法及后續(xù)熱處理對(duì)TiC基鋼結(jié)合金組織與性能影響.pdf

1、以高錳鋼為錘頭材料，通過在其打擊面上鑲鑄適量的TiC基高錳鋼結(jié)合金塊，近年來已經(jīng)成為水泥行業(yè)破碎機(jī)用高性能錘頭的重要發(fā)展方向之一。實(shí)際使用表明，TiC基高錳鋼結(jié)合金塊的質(zhì)量和性能對(duì)錘頭的使用壽命長短有決定性的影響，而目前耐磨塊基本采用傳統(tǒng)的壓制-真空燒結(jié)工藝制造，表現(xiàn)出脆性偏大、在使用過程中容易發(fā)生碎裂與脫落等現(xiàn)象。本文首先對(duì)比研究了不同制備工藝對(duì)TiC基高錳鋼結(jié)合金組織與性能的影響，然后系統(tǒng)評(píng)價(jià)了高錳鋼水韌處理對(duì)鋼結(jié)合金耐磨塊組織與性

2、能產(chǎn)生的作用，最后對(duì)TiC基高錳鋼結(jié)合金的斷裂行為與機(jī)理開展了比較全面的調(diào)查和分析討論，期望在鋼結(jié)合金耐磨塊生產(chǎn)技術(shù)選擇、錘頭水韌處理工藝優(yōu)化和鋼結(jié)合金斷裂行為認(rèn)識(shí)方面提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)。
　　 在TiC基高錳鋼結(jié)合金塊制備方法對(duì)比研究方面，本文采用了真空燒結(jié)、低壓燒結(jié)和熱等靜壓三種燒結(jié)致密化生產(chǎn)技術(shù)，通過相互組合首先制備了多種牌號(hào)為TM52的TiC基鋼結(jié)合金耐磨塊，探索了制備方法-顯微組織-力學(xué)性能的內(nèi)在關(guān)系。研究結(jié)果表

3、明，與在真空燒結(jié)的鋼結(jié)合金合金中有一定量的殘留孔隙相比，采用低壓燒結(jié)或者熱等靜壓處理后的鋼結(jié)合金的致密度得到明顯改善，使得合金的力學(xué)性能，特別是抗彎強(qiáng)度，明顯提高;低壓燒結(jié)與熱等靜壓處理相比，不僅具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，而且殘留孔隙數(shù)量基本相近，同時(shí)由于燒結(jié)溫度比真空燒結(jié)時(shí)更低、保溫時(shí)間大幅縮短，有利于獲得硬質(zhì)相大小與分布均勻性更佳的顯微組織結(jié)構(gòu)，因此，是可以優(yōu)先選擇的鋼結(jié)合金制備技術(shù)。本文通過實(shí)驗(yàn)得推薦低壓燒結(jié)，其工藝:1410℃50min，燒

4、結(jié)氣氛壓力為5.0MPa;獲得的TM52鋼結(jié)合金的性能指標(biāo):沖擊韌性為1.3J/cm2，抗彎性能為2325MPa。
　　 在水韌處理對(duì)鋼結(jié)合金組織性能影響研究方面，本文首先評(píng)價(jià)了1050℃和1080℃水韌處理對(duì)真空燒結(jié)制備的TM52合金的作用規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水韌處理過程中的高溫保溫有效促進(jìn)了鋼結(jié)合金中高錳鋼基體與TiC硬質(zhì)相之間界面互擴(kuò)散，增強(qiáng)了界面上的結(jié)合強(qiáng)度，從而有效提高了合金的抗彎強(qiáng)度。在水韌處理溫度對(duì)合金性能影響方面

5、存在最佳值。經(jīng)過水韌處理后，由于硬質(zhì)相與基體之間的相互作用，使得粘結(jié)相中的奧氏體成分發(fā)生改變。通過實(shí)驗(yàn)獲得的推薦水韌處理工藝的溫度1050℃，對(duì)應(yīng)的TM52鋼結(jié)合金的性能指標(biāo):沖擊韌性為1.3J/cm2，抗彎性能為3373MPa。
　　 采用上述推薦的水韌處理工藝對(duì)由低壓燒結(jié)和熱等靜壓制備的鋼結(jié)合金進(jìn)行處理，研究結(jié)果顯示合金內(nèi)部的相界面結(jié)合均獲得改善，增大了互擴(kuò)散作用范圍，有效提高了抗彎強(qiáng)度。因此，在不需要水韌處理的鋼結(jié)合金制備

6、工藝中，在燒結(jié)工藝后再對(duì)其進(jìn)行1050℃左右的高溫保溫?zé)崽幚砗苡斜匾?br>　　 對(duì)采用不同方法制備的鋼結(jié)合金的沖擊斷裂斷口分析結(jié)果表明，在鋼結(jié)合金中存在沿硬質(zhì)相-粘結(jié)相界面拔出、裂紋擴(kuò)展和穿越硬質(zhì)相快速裂紋擴(kuò)展三種斷裂形式，實(shí)際斷裂行為是三者復(fù)合作用的結(jié)果。鋼結(jié)合金的主要斷裂機(jī)制取決于顯微組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、相界面結(jié)合狀況和受力的類型與大小。當(dāng)顯微組織中存在尺寸較大的硬質(zhì)相或者硬質(zhì)相聚集區(qū)時(shí)易發(fā)生典型的穿晶斷裂，形成清晰的河流狀花樣;而

7、硬質(zhì)相尺寸細(xì)小且分布較均勻時(shí)易發(fā)生沿晶斷裂，在斷裂硬質(zhì)相表明可觀察到具有塑性變形特征的“塑坑”。由于水韌處理促使了硬質(zhì)相-粘結(jié)相界面元素互擴(kuò)散，改善了結(jié)合強(qiáng)度，從而減少了斷裂過程中界面脫粘情況的發(fā)生。殘留孔隙、夾雜物、大尺寸硬質(zhì)相和硬質(zhì)相聚集區(qū)是主要的裂紋源。在濕磨過程中注意保障原料粉末的混合均勻性，在燒結(jié)制備過程中防止硬質(zhì)相聚集長大（尤其要防止形成環(huán)形結(jié)構(gòu)），從而獲得硬質(zhì)相細(xì)小且相互分離的顯微組織結(jié)構(gòu)，將能夠有效改善鋼結(jié)合金的抗裂紋開