粉末冶金M3-2高速鋼燒結(jié)行為及力學(xué)性能研究.pdf

1、本文以M3:2高速鋼為研究對(duì)象，以獲得良好的工藝性能和力學(xué)性能為目的，系統(tǒng)研究了高速鋼的粉末特征，碳、硅和TiC陶瓷的添加對(duì)其燒結(jié)行為、組織特征及力學(xué)行為的影響。
　　對(duì)高速鋼粉末的快速凝固特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，形狀不規(guī)則的水霧化M3:2高速鋼粉末平均冷卻速度為105K/s～107K/s，凝固組織以等軸樹(shù)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

2、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(shì)。
　　對(duì)不同碳添加量的M3:2高速鋼粉末燒結(jié)行為及組織的研究表明，高速鋼中碳添加量在0.4-0.8wt.％時(shí)可有效降低燒結(jié)溫度，同時(shí)擴(kuò)大獲得致密化的溫度范圍，由原始成分的10℃擴(kuò)大到碳添加量0.4-0.6wt.%時(shí)的20℃以及碳添加量0.8wt.%時(shí)的30℃。其中，碳添加量0.4w

3、t.%的M3:2高速鋼有效燒結(jié)溫度區(qū)間為1240℃～1260℃，最佳燒結(jié)溫度為1240℃，在保持綜合性能不變情況下，最佳燒結(jié)溫度比未添加碳的M3:2高速鋼降低了30℃，為最佳合金成分。其碳添加對(duì)高速鋼的影響機(jī)制為：碳溶入奧氏體使晶格畸變?cè)黾樱w系能量提高，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，有效燒結(jié)溫度區(qū)間擴(kuò)大，同時(shí)使相同的燒結(jié)溫度下產(chǎn)生的液相體積分?jǐn)?shù)增多，致密化過(guò)程加快。掃描電鏡背散射像、XRD及能譜分析還表明，

4、碳添加后M3:2高速鋼的碳化物類型與未添加碳相同，由M6C型和MC型碳化物組成。但隨碳添加量增加，組織中的MC型碳化物含量增加。
　　添加硅的M3:2高速鋼燒結(jié)致密性的結(jié)果表明燒結(jié)溫度為1230℃時(shí)，硅的添加顯著提高試樣的燒結(jié)致密性，硅添加量為0.7wt.%時(shí)，燒結(jié)密度最高，為8.16g/cm3，超過(guò)了1240℃燒結(jié)時(shí)未添加硅試樣的密度。顯著高于該燒結(jié)溫度下未添加硅試樣的密度7.16g/cm3。0.4-0.7wt.%的硅添加在一定

5、程度上可以起到細(xì)化晶粒和碳化物的作用，相對(duì)于硅添加量0.2wt.%的試樣而言，0.4-0.7wt.%硅添加試樣中碳化物的尺寸顯著減小，而碳化物的數(shù)量明顯增加。硅添加量為0.7wt.%的M3:2高速鋼燒結(jié)組織中馬氏體的正方度最大，且晶粒尺寸細(xì)小，碳化物分布均勻。硅的過(guò)量添加不僅對(duì)形成液相，促進(jìn)燒結(jié)無(wú)好處，而且會(huì)使組織向珠光體轉(zhuǎn)變。
　　對(duì)比研究了燒結(jié)態(tài)和回火態(tài)高速鋼的力學(xué)性能與添加劑含量的關(guān)系。結(jié)果表明，回火后添加碳后的高速鋼的硬度

6、提高，但強(qiáng)度略有下降。添加硅的高速鋼硬度和力學(xué)性能均有明顯提高。硅添加量為0.7%的高速鋼550℃回火后可獲得最佳的綜合力學(xué)性能。
　　研究了添加不同體積分?jǐn)?shù)TiC顆粒的M3:2粉末高速鋼與YG8硬質(zhì)合金對(duì)磨的摩擦磨損行為。結(jié)果表明，TiC的添加對(duì)硬度影響不明顯，但可明顯提高耐磨性；添加6vol.%TiC后M3:2高速鋼燒結(jié)態(tài)的硬度由49HRC提高到52.4HRC。而在載荷70N、滑動(dòng)速度1.6m/s，行程2000m時(shí)大氣中與YG