离心铸造高速钢热处理工艺及性能研究

       研究了喷射成形高速钢SFT15热处理前后的微观组织。结果表明,喷射成形制备的SFT15高速钢晶粒细小,无宏观偏析,组织致密,沉积坯平均体密度为8.208g/cm3,达到理论密度的99.8%。SFT15在热处理前的沉积坯硬度为56.5HRC,经热等静压和热处理后进一步提高到67HRC,冲击韧度达到11.8 J/cm2。采用SEM和TEM研究了SFT15的内部组织发现,热处理后SFT15高速钢组织主要为回火马氏体和碳化物。内部绝大部分为小于20μm的等轴晶,晶界和晶内分布许多M6C型的碳化物。 

更多还原为适应机械、石油、化工和矿山等工程设备零部件高耐磨性的使用工况,本项研究从使用条件、冶金工艺以及热处理工艺原理出发,自发设计、研制了一种新合金成分组合的铸造高速钢,采用不同强化热处理工艺研究了该高速钢组织及性能变化情况,并通过组织结构分析和性能测试对该高速钢性能进行了评价。重点使用了光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS),X衍射分析仪(XRD)等测试手段,分析了基于内部组织均匀化的预备热处理工艺、提高整体强硬性的强化热处理工艺对离心铸造高速钢组织结构变化的影响,利用硬度计、万能抗弯试验机以及磨损实验机研究了强化热处理工艺对铸造高速钢典型力学性能及耐磨性的影响规律。从理论上就预先热处理工艺与后期强化热处理相关性进行了简单论述,进一步总结出预备热处理工艺对后期热处理的影响关系。在上述研究的基础上,本文得到以下主要结论：

(1)离心铸造高速钢铸态组织主要由残留奥氏体、马氏体、以及沿晶界分布的M7C3、M2C、W6C等共晶碳化物组成,组织形貌显示偏析严重且复杂,硬度高达52HRC。

(2)调质、等温退火等预先热处理工艺可通过调整内部碳化物形貌及分布来改善铸造高速钢组织均匀化程度,同时降低其硬度以适应后期加工。调质试样硬度波动不大,在42-43HRC之间,在620℃调质时,晶界处碳化物含量最少,为12%；等温退火晶界处碳化物含量都保持在20%以上的较高水平,820℃等温处理时硬度最低,为43HRC。

(3)实施淬火强化工艺时,铸造高速钢淬火温度区间较窄。实验结果证实,1000℃-1020℃是较适合热处理区间。淬火温度过高时,高速钢发生过热,当在1000℃淬火时,基于两种预先热处理后的试样淬火硬度均达到最大值。

(4)在淬火后的时效强化时,经不同温度的两次回火,铸造高速钢发生二次硬化。1000℃淬火-620℃回火的调质试样经1000℃淬火,380℃,540℃两次不同温度回火的强化处理,层状碳化物发生断网、碎化,表面平均摩擦系数最低,是0.3123,硬度高达68HRC。磨损结果可知,其耐磨性优异,为耐磨高铬铸铁KmTBCr26的17.2倍。

(5)热力学计算可知,预先热处理试样晶界碳化物含量、碳原子在晶粒内分布状况影响淬火保温时碳化物的溶解以及碳原子的扩散。晶界碳化物溶解度与温度呈近线性关系增加,碳原子的扩散主要受到高温条件下的活度、扩散系数以及原始状态的影响。

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