M2粉末冶金高速钢的制备及性能与组织研究

摘要

高速钢(HSS)具有高硬度、高耐磨性、高切削韧性以及良好的热硬性；除主要应用于工具材料外，在模具及结构材料等方面的应用也日益广泛。采用粉末冶金(PM)工艺生产的高速钢可以从根本上解决高速钢碳化物粗大及分布不均匀的问题。但由于高速钢合金成分复杂，其致密度与显微组织对烧结参数的选择十分敏感。因此对粉末冶金高速钢制备工艺的研究是高速钢进一步发展的关键工作。本文采用真空烧结技术制备M2粉末冶金高速钢，并研究其组织与力学性能。实验结果表明：
　　（1）随着球磨时间的增加，粉末细化速率先快后慢，20h后趋于平缓，且粉末的团聚不断加剧，开始出现冷焊现象。在烧结温度1245℃、保温时间1h的工艺下所制备的真空烧结M2粉末冶金高速钢，其显微组织均匀、晶粒细小、无碳化物偏析；相对密度达到98％以上，硬度HRC达到52.5，磨损失重为0.032g，抗弯强度为2100MPa。1200℃淬火，550℃三次回火后，硬度HRC达到65以上。
　　（2）碳含量对 M2粉末冶金高速钢试样的显微组织有着显著的影响。碳添加量为1.0wt.%~1.1wt.%的M2粉末冶金高速钢试样组织致密，晶粒细小，弥散的M6C与MC型碳化物均匀分布于基体上；碳含量高于1.1 wt.%后，碳化物尺寸明显变大，并且晶粒内的颗粒状碳化物数量明显增多。M2粉末冶金高速钢随着碳含量的增加，其显微硬度值与致密化程度呈上升的趋势。碳含量对烧结温度参数的影响主要体现在能够降低高速钢的烧结温度，并扩大烧结温度范围。
　　（3）低成本高速钢其烧结窗口在1245℃~1255℃之间。烧结温度为1255℃时，M2高速钢致密化程度相对较高，相对密度达到92%以上。对低成本高速钢试样进行了硬度与耐磨性实验。在加入钨铁、钒铁后，材料洛氏硬度相对于普通高速钢有所下降，宏观硬度HRC低于普通高速钢6~7。随着烧结温度的提高， M2高速钢耐磨性出现先提高后下降的趋势。对低成本高速钢烧结试样进行不同淬火温度的热处理；随淬火温度的升高，试样硬度逐渐升高，洛氏硬度最高达到55以上。但淬火温度超过1220℃后，硬度反而出现下降。淬火温度为1200~1220℃时，高速钢中晶粒细小，无网状碳化物组织。

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第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 粉末冶金高速工具钢制备工艺研究现状

1.3 粉末高速钢组织及力学行为研究现状

1.4 本课题的研究内容

第 2 章 材料制备与研究方法

2.1 实验材料

2.2 M2粉末冶金高速钢制备工艺

2.3 性能测试

2.4 M2高速钢组织结构分析

第 3 章 M2粉末冶金高速钢制备工艺及性能与组织研究

3.1 引言

3.2 机械合金化对高速钢粉末性质的影响

3.3 烧结温度对M2高速钢显微组织的影响

3.4 机械性能

3.5 热处理

3.6 本章小结

第 4 章 碳含量对粉末冶金高速钢组织和性能的影响

4.1 引言

4.2 碳含量对显微组织的影响

4.3 碳含量对M2粉末冶金高速钢力学性能的影响

4.4 碳含量对烧结高速钢烧结行为的影响

4.5 本章小结

第 5 章 低成本M2粉末冶金高速钢的制备及其组织和性能

5.1 引言

5.2 显微组织与物相分析

5.3 力学性能

5.4 热处理

5.5 本章小结

第 6 章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文