喷射成形高合金工具钢的显微组织与力学性能

摘要

目前高合金工具钢的制备一般采用电渣重熔工艺或粉末冶金工艺。电渣重熔态合金钢组织均匀，钢的纯净度较高，但存在粗大网状碳化物，性能较低。粉末冶金工具钢组织和性能优异，但工序繁杂，成本较高，且难以制造大尺寸零件。采用喷射成形技术制备高合金工具钢，具有快速凝固组织特征，晶粒细小、组织均匀、氧含量小等优点；从工艺上看，制备流程短，成本较低，可以制备大尺寸锭、棒、板坯，因此具有良好的应用前景。
　　 本文采用喷射成形制备高合金工具钢。利用金相、X射线衍射、扫描电镜等手段，对喷射成形高合金工具钢沉积态、热锻态和热处理态的显微组织和力学性能进行了观察和测试；通过与电渣重熔态合金组织性能的对比，揭示喷射成形工具钢组织形态对力学性能的影响，从而为优化高合金工具钢的喷射成形、热锻致密化和热处理工艺提供参考依据。主要研究结果如下：
　　 （1）采用喷射成形技术制备了喷射沉积圆柱锭。喷射成形材料的晶粒为细小的等轴晶，尺寸为20～25μm左右，碳化物沿晶界呈条状不连续分布，晶内为细小弥散的粒状碳化物。有效解决了电渣重熔合金存在粗大网状碳化物的问题。
　　 （2）对喷射沉积坯进行了热锻致密化处理，当锻造比大于3时，其致密度基本达到全致密。电渣重熔态合金在热锻之后，粗大的网状碳化物得到一定程度的碎化，但仍有较大的块状碳化物存在。
　　 （3）对喷射成形材料进行了球化退火预处理和1100℃氮气淬火+560℃二次回火的最终热处理。经XRD分析可知，其热处理组织为回火马氏体和细小弥散的颗粒状M7C3型和MC型等碳化物。
　　 （4）喷射沉积材料比电渣重熔材料具有更优异的组织形态，使得其抗弯强度、冲击韧性、耐磨性比电渣重熔材料分别提高了40％、22％和47％。但由于组织中存在少量非金属夹杂，使其冲击韧性低于同成份的粉末冶金钢，需进一步优化工艺，减少夹杂物的含量，提高材料的机械性能。
　　 （5）研究了喷射沉积材料的摩擦磨损性能。结果表明：随着载荷和速度的增大，其摩擦系数和磨损量也随之增大。由磨痕表面形貌可知，喷射沉积工具钢的磨损兼有疲劳磨损和磨粒磨损的特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 喷射成形技术的概述

1.2.1 喷射成形技术的概念、基本原理和工艺特点

1.2.2 国外喷射成形技术的发展历程及最新进展

1.2.3 国内喷射成形技术的发展历程及最新进展

1.3 高合金工具钢的发展概述

1.3.1 电渣重熔工艺制备工具钢的研究概况

1.3.2 国内粉末冶金工具钢的研究概况

1.3.3 喷射成形制备工具钢的研究概况

1.4 喷射沉积材料的后续致密化工艺

1.5 高合金冷作工模具钢的热处理工艺

1.6 本课题研究目的和意义

1.7 本课题研究内容

第二章 试验过程与方法

2.1 材料制备与分析方法

2.1.1 试验材料

2.1.2 电渣重熔工艺制备高合金工具钢母合金

2.1.3 喷射成形制备高合金工具钢沉积坯

2.1.4 热锻致密化试验

2.1.5 热处理试验

2.1.6 金相观察

2.1.7 X射线衍射物相分析

2.1.8 扫描电镜分析(SEM)

2.1.9 夹杂物的评定分析

2.1.10 密度测试

2.2 力学性能试验

2.2.1 硬度测试

2.2.2 拉伸试验

2.2.3 弯曲试验

2.2.4 冲击试验

2.2.5 摩擦磨损试验

第三章 喷射成形工具钢的显微组织

3.1 引言

3.2 实验结果与分析

3.2.1 喷射沉积坯的形貌

3.2.2 喷射成形态合金的金相组织

3.2.3 喷射沉积工具钢的SEM分析和XRD分析

3.2.4 喷射沉积坯非金属夹杂物的评定

3.3 本章小节

第四章 喷射成形工具钢的热锻致密化和热处理工艺

4.1 引言

4.2 喷射沉积坯致密化工艺的探究

4.3 喷射成形工具钢的热处理工艺

4.4 喷射沉积工具钢在热锻和热处理后的组织演变

4.5 本章小结

第五章 喷射成形工具钢的力学性能

5.1 引言

5.2 实验结果和分析

5.2.1 硬度

5.2.2 强度

5.2.3 冲击韧性

5.2.4 喷射沉积工具钢的摩擦磨损性能的研究

5.3 本章小结

全文结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢