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電渣重熔M2高速鋼共晶碳化物控製研究

時間:2015-5-5 16:28:57

        高速鋼由於高硬度、良好的耐磨性及紅硬性被廣泛應用於製造切削刀具。其主要合金元素W、Mo、Cr和V等都是強碳化物形成元素,大量共晶碳化物的存在是高速鋼組織的主要特征,碳化物的形態、類型、數量、尺寸是影響其硬度、耐磨性、韌性等性能的關鍵因素。

  電渣重熔集精煉、凝固於一體,可以提高金屬純淨度,控製凝固質量。熔池深度、熔化速度與局部凝固時間是電渣重熔高速鋼凝固質量控製的主要障礙,熔池深度對結晶方向和凝固速度有重要影響,在電渣重熔時熔池深度要小而平淺。提高電渣重熔高速鋼的冷卻速率,減少凝固時間是改善共晶碳化物形態及分布的有效途徑。本研究的目的在於通過改進電渣重熔工藝參數,有效控製M2高速鋼凝固過程中共晶碳化物形態與分布,使層片狀共晶碳化物變為離異分布的棒狀、顆粒狀,為改善磷鐵球性能提供良好的鑄態組織。
  本實驗使用M2高速鋼,電極棒尺寸為Φ90mm,主要成分如表1所示。采用兩種電渣重熔工藝,一是普通結晶器置地式電渣重熔爐,結晶器直徑Φ160mm,平均熔速6mm/min,平均熔池深度保持120mm。另一種是抽錠式電渣重熔爐,本實驗電渣重熔工藝參數的選取根據電渣重熔過程中熔池深度H、鑄錠直徑D和熔速Vz參數擬合的二元非線性方程得到試驗中平均熔池深度保持在50mm,抽錠工藝的電渣錠直接進行水冷,加快冷卻速度。分別將得到的鑄態電渣錠進行退火處理,防止開裂。
  研究了熔池深度與局部凝固時間等參數對高速鋼鑄錠共晶碳化物形貌和類型的影響。用D\max-2550型X射線衍射儀對萃取的碳化物粉末進行慢掃,分析碳化物類型變化。JSM-6700F型掃描電鏡觀察碳化物形貌變化,EDS能譜分析碳化物及基體合金元素變化。
  結果表明:電渣重熔工藝不僅改變碳化物類型,兩種工藝製備的M2鑄錠都存在M6C、MC、M2C三種類型的碳化物。抽錠式電渣重熔工藝通過有效控製電渣錠直徑(D=120mm)、熔速(11mm/min)及熔池深度(h=50mm),減少局部凝固時間,促進平直層片狀共晶碳化物轉變為離異棒狀、粒狀碳化物,碳化物平均晶粒尺寸小於50μm。加快冷卻速度會降低組織中共晶碳化物的質量分數,同時也會降低共晶碳化物中強碳化物形成元素如W、Mo、V的含量,使更多碳化物及合金溶於基體中.