M32高速钢粉末包套热挤压工艺及组织性能研究

摘要

高速钢以其高硬度、高耐磨性、高红硬性、高切削韧性等优良特性,被广泛应用于冷热工模具、切削工具以及其他耐高温、高耐磨切削材料和结构零件领域。与传统生产方法相比,粉末冶金高速钢不仅消除或减小了熔铸法制备高速钢材料中碳化物偏析和晶粒异常长大的缺陷,而且可以制备材料综合性能优异。本文为了解决粉末冶金高速钢制备工艺繁琐、塑性加工困难、碳化物粗大、性能较低等不足,采用数值模拟、粉末包套热挤压、后续热处理的技术路线,制备了M32粉末冶金高速钢棒料。
　　采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度分析仪(PAS)、光学金相显微镜(OM)、分析天平、万能试验机等仪器设备对实验所用的水雾化M32高速钢粉末、挤压态及热处理态试样进行了系统测试、分析与表征。
　　首先,采用DEFORM-2D有限元数值模拟技术,本文对M32高速钢粉末包套热挤压进行了二维有限元分析,不仅定性分析了高速钢粉末在热挤压过程中流动规律及各场的分布情况,揭示粉末热挤压成形规律,同时还模拟了不同包套底厚对挤压效果的影响,模拟结果发现当包套底厚为5mm时,壁厚为5mm时,粉末包套热挤压效果最理想。
　　本研究采用的水雾化M32高速钢粉末形貌呈不规则形,粉末平均粒度为98μm。对不同挤压温度下所得的M32粉末高速钢组织及性能进行了系统研究,研究表明:挤压态试样的组织是以马氏体相+少量残余奥氏体相为基体,两种类型的碳化物弥散分布其上，一种类型为富V的MC型碳化物,一种类型为富W、Fe的M6C型碳化物。在1240℃最佳挤压温度下挤压后,不仅组织细小均匀,孔洞较少,而且致密度较高(98.04％),并具有最佳的综合力学性能,其硬度为45.6HRC、抗弯强度为2170.77MPa。纵横截面组织特征有明显区别,其纵截面组织上的孔洞及碳化物成流线型分布,而横截面成无规则弥散分布,纵截面硬度略高于横截面;研究还发现材料各向异性较小。
　　对优化后综合性能较高的粉末冶金挤压态高速钢材料进行了热处理研究,探索了热处理制度对高速钢组织及性能的影响规律。结果表明采用1180℃淬火,560℃×3回火,M32粉末高速钢可获得最佳力学性能,其硬度为66.7HRC、抗弯强度为3721.83MPa,碳化物分布均匀,晶粒细小。

目录

M32高速钢粉末包套热挤压工艺及组织性能研究

STUDY ON PROCESS AND MICROSTRUCTURE PROPERTIES FOR CANNED HOT EXTRUSION OF M32 HIGH SPEED STEEL POWDER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 粉末冶金高速钢制备工艺的发展现状与分析

1.3 粉末冶金高速钢组织与力学性能的研究现状

1.4 粉末冶金高速钢热挤压的研究现状

1.5 本课题研究意义及主要内容

第2章 实验材料、设备及研究方法

2.1 引言

2.2 实验材料

2.3 实验设备

2.4 组织结构分析

2.5 基本性能测试

第3章 M32粉末高速钢包套热挤压数值模拟

3.1 引言

3.2 粉末包套热挤压有限元模拟的基本工作

3.3 模拟前处理

3.4 模拟计算及后处理

3.5 模拟结果分析

3.6 本章小结

第4章 M32高速钢包套热挤压试验及组织性能研究

4.1 引言

4.2 粉末制坯

4.3 热挤压成形

4.4 M32高速钢粉末包套热挤压材料的组织分析

4.5 M32高速钢粉末包套热挤压材料性能

4.6 M32粉末高速钢不同部位组织性能的分析

4.7 本章小结

第5章 热挤压M32粉末高速钢热处理工艺及组织性能分析

5.1 引言

5.2 淬火温度对热挤压M32粉末高速钢组织性能的影响

5.3 回火温度对热挤压M32粉末高速钢组织性能的影响

5.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢