粉末冶金高釩鋼顯微組織演變與性能研究.pdf

1、本文采用氮?dú)忪F化粉末+超固相液相燒結(jié)(SLPS)工藝制備釩含量為9.5％的高釩鋼，并與氮?dú)忪F化粉末+SLPS工藝制備的高鉻鑄鐵進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)高釩鋼顯微組織、密度、硬度、沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度和耐磨性比較分析，研究制備工藝對(duì)粉末冶金高釩鋼組織和性能的影響。
　　首先，實(shí)驗(yàn)對(duì)氣霧化高釩鋼粉末的形貌、大小，顯微組織以及物相組成進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，氣霧化高釩鋼粉末顆粒為規(guī)則球形，粒度大小為-200目；顯微組織有細(xì)小的球形碳化物彌散分布在基

2、體中。
　　其次，實(shí)驗(yàn)對(duì)氣霧化高釩鋼粉末的壓制性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，氣霧化高釩鋼粉末的壓制性能較差，需要加入成形劑來改善其成形性能。實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了丁苯橡膠和硬脂酸鋅兩種成形劑對(duì)其成形性能的影響。結(jié)果表明，丁苯橡膠的成形性能優(yōu)于硬脂酸鋅。坯樣密度隨著壓制壓力的升高而增加，當(dāng)壓制壓力超過300MPa后，坯樣密度增加不明顯，當(dāng)壓制壓力達(dá)到400MPa時(shí)，坯樣出現(xiàn)了裂紋和分層等缺陷。合適的壓制工藝為：丁苯橡膠加入量為1.1wt%，壓制

3、壓力為300MPa，此工藝下壓坯密度為5.65g/cm3。
　　為了獲得高密度高釩鋼制品，實(shí)驗(yàn)采用SLPS真空燒結(jié)技術(shù)。DSC差熱分析表明高釩鋼燒結(jié)溫度區(qū)間為1230-1300℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)樣顯微組織主要為針狀M+殘余γ+VC，碳化物主要呈球形，均勻地分布在晶界和晶粒內(nèi)。保溫時(shí)間一定時(shí)，隨著燒結(jié)溫度的升高，晶粒和碳化物逐漸長(zhǎng)大，單位面積內(nèi)碳化物數(shù)量逐漸減少，碳化物分布均勻性逐漸下降。當(dāng)燒結(jié)溫度一定時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，顯

4、微組織演變呈現(xiàn)與上面相同的規(guī)律。通過燒結(jié)實(shí)驗(yàn)得到最佳的燒結(jié)工藝為1265℃×120min。在此工藝下，制品密度為7.59g/cm3，硬度為 HRC68.2，沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度分別為6.6J/cm2和1706MPa。
　　實(shí)驗(yàn)分別研究了淬火溫度和回火溫度對(duì)高釩鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響，并對(duì)比分析了不同熱處理狀態(tài)下的高釩鋼物相組成。結(jié)果表明，淬火態(tài)高釩鋼的物相組成為淬火M+殘余γ+VC，回火態(tài)高釩鋼的物相組成為回火 M+殘余γ+VC

5、。在550℃左右出現(xiàn)回火脆性現(xiàn)象，所以高釩鋼回火時(shí)應(yīng)避免此溫度區(qū)間?；鼗鸷笮阅茏罴阎等缦拢河捕菻RC67.5，沖擊韌性為7.0J/cm2，抗彎強(qiáng)度1967MPa。
　　實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了粉末冶金高釩鋼與高鉻鑄鐵的顯微組織與力學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高釩鋼與高鉻鑄鐵顯微組織基體都為 M+殘余γ，兩者主要的區(qū)別為碳化物和晶粒尺寸的不同。高釩鋼的晶粒尺寸大于高鉻鑄鐵，碳化物主要為彌散分布的近球形 VC，而高鉻鑄鐵中的碳化物主要為桿狀的(Fe,Cr

6、)7C3；高釩鋼的硬度、沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度高于高鉻鑄鐵。
　　最后，實(shí)驗(yàn)研究了燒結(jié)溫度與高釩鋼耐磨性能的關(guān)系，并對(duì)比研究了粉末冶金高釩鋼與粉末冶金高鉻鑄鐵耐磨性能。結(jié)果表明，隨著隨著沖擊功的增加，粉末冶金燒結(jié)態(tài)高釩鋼耐磨性逐漸下降；隨著燒結(jié)溫度的升高，粉末冶金高釩鋼試樣的耐磨性先增加后降低。通過對(duì)比分析粉末冶金高釩鋼與粉末冶金高鉻鑄鐵沖擊磨粒磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粉末冶金高釩鋼的耐磨性能優(yōu)于粉末冶金高鉻鑄鐵，在相同工況下，粉末冶金高釩