20Cr2V2基表面含钴超硬高速钢的研究

       超硬高速钢一般指回火硬度在HRC67以上的高速钢,具有耐热性、耐磨性能好,硬度高等特点,是加工难切削材料、制造数控机床刀具和高速切削刀具必不可少的刀具材料。在工业发达国家,钴系超硬高速钢的产量已占到高速钢总量的20%以上。但市场上钴的价格昂贵,而且我国钴资源较缺,因此含钴超硬高速钢生产很少。表面冶金高速钢是采用先进的表面合金化技术,在普通碳钢或低合金钢表面渗入W、Mo、C等合金元素,通过淬火、回火使表面形成具有高速钢成分和性能的表面合金层,充分利用表面的高硬度、红硬性和耐磨性,以及基体的柔韧性,达到最佳的性能组合,同时可以大大降低合金成本。

本研究课题就是利用双层辉光离子渗金属技术在20Cr2V2低合金钢表面形成含钴超硬高速钢的一种工艺方法。本研究课题首先在20Cr2V2低合金钢表面进行W-Mo-Co共渗,使表层渗入一定的合金元素;接着在渗完金属的试样表面进行固体渗碳,使渗层表面表面基本达到或接近超硬高速钢的成分;然后经后续淬火、回火处理,获得超硬高速钢的性能;最后本课题研究了与表面强化GCr15钢进行耐磨性对比试验。本研究课题获得以下结果:

1、在世界领先的双层辉光离子渗金属钨钼表面高速钢基础上,提出表面含钴超硬高速钢的又一项新工艺,完善了双辉表面冶金工艺技术,拓宽了使用范围,具有广阔的应用前景。

2、20Cr2V2低合金钢经W-Mo-Co共渗后,表面含W量为11wt%左右,含Mo量为6wt%左右,含Co量为12.5wt%左右。渗层与基体为冶金结合,渗层中的柱状晶组织与基体保持着一定的晶体学位相关系。

3、W-Mo-Co合金层经固体渗碳,表面渗层75μm内碳含量保持在1.2wt%以上,超过了平衡碳的计算值。

    4、淬火回火后,表面硬度最高达1200HV（＞70 HRC）,并且由表及里逐步下降,呈梯度分布,在距表面100μm处其硬度为942HV（＞67HRC）左右,渗层保持了很高的硬度,达到了超硬高速钢的要求。625℃时,表面含钴超硬高速钢的红硬性为856HV（65HRC）,高于含钴超硬高速钢M42（59HRC）和Co5的红硬性（62.2HRC）,可见表面含钴超硬高速钢具有极强的抗回火软化能力。

    5、20Cr2V2低合金钢经W-Mo-Co共渗表面复合强化工艺处理后,碳化物主要类型为MC,M2C,M6C及Cr7C3型碳化物和一些少量的金属间化合物（Co3W、Fe7Mo3）。

6、20Cr2V2低合金钢经W-Mo-Co共渗表面复合强化工艺处理后,与20Cr2V2低合金钢强化处理相比,摩擦系数降低,表面几乎没有被磨损,而是大量覆盖着从对磨小球上转移下来的物质,磨损量、磨损率和磨损速率均为负值,表现出了优良的抗摩擦磨损性能。

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