深冷处理工艺对M2高速钢显微组织与性能的影响

对M2高速钢进行不同时间或循环三次的深冷处理,然后测量深冷处理前后试样的硬度、冲击韧性以及高温摩擦磨损性能,结合X射线物相分析、扫描和透射电子显微分析技术研究深冷处理工艺对M2高速钢硬度、红硬性、冲击韧性、高温耐磨性和组织的影响及机理。结果表明:深冷处理后,残余奥氏体含量降低,一次共晶碳化物分解,二次碳化物弥散析出,并且孪晶马氏体细化。因此,深冷处理后M2高速钢的室温硬度、红硬性、冲击韧性和高温耐磨性均得到提高。延长深冷时间和循环深冷处理均利于提升M2高速钢的性能。循环三次深冷后M2高速钢的显微组织的改善和性能的提升最明显。较未深冷试样,循环三次深冷后试样残余奥氏体含量降低50%,大尺寸一次碳化物数量减少75.2%,二次碳化物析出增加约296%,室温硬度提高2.27%,红硬性提高2.7%,冲击韧性提高15.6%,高温相对耐磨性提高140%。与一次长时间深冷相比,循环深冷处理在提升性能和降低成本方面更有优势。

改进电渣工艺对大截面M2高速钢的影响

选取Ф100 mm(常规工艺生产)和Ф120 mm(电渣工艺改进)的大截面M2高速钢为研究对象,比较2种规格的M2高速钢不同部位的碳化物和硬度、抗弯强度,分析改进电渣工艺对大截面M2高速钢中碳化物和性能的影响。结果表明:2种规格的大截面M2高速钢淬-回火态的硬度在不同部位的差异均较小,但与常规工艺生产的Ф100 mm大截面M2高速钢相比,电渣工艺改进后的Ф120 mm的M2高速钢组织均匀性好,碳化物条带宽度降低、网状特征减弱,各部位的抗弯强度差别较小。

M2高速钢的高温摩擦磨损行为

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机,对M2高速钢在200、400和600℃下的高温摩擦磨损性能进行研究。采用扫描电镜观察磨损表面形貌,探讨了其磨损机制。结果表明:温度是影响M2高速钢高温摩擦磨损性能的重要因素。随着温度的升高,磨损体积先升高后降低,400℃时磨损体积最大,分别是200和600℃的15倍和1.2倍。200℃时摩擦因数最大为0.65,随温度升高摩擦因数先降低,随后趋于平稳,400和600℃时分别为0.39和0.40。200℃时M2高速钢的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,以磨粒磨损为主,碳化物减磨作用明显;400和600℃时主要磨损机制为粘着磨损和轻微的氧化磨损。400℃时粘着磨损严重,磨损加剧。600℃时以氧化磨损为主,氧化层起到良好的减磨作用,磨损减弱。400和600℃下的摩擦因数较200℃小,这是表面的软化熔融和氧化层的润滑的共同作用所致。

深冷处理时间对M2高速钢红硬性的影响

使用洛氏硬度计、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段研究了深冷处理时间对M2高速钢的硬度和红硬性的影响及其机理。结果表明:深冷处理提高了M2钢的室温硬度和红硬性,深冷12 h使650℃红硬性的改善最显著。随着深冷时间的延长残余奥氏体含量不断降低,其形貌由长条形块状转变为薄膜状分布在马氏体板条间;马氏体轴比和碳含量逐渐降低,孪晶马氏体细化;初生碳化物偏聚减少,析出的二次碳化物数量逐渐增多。二次碳化物数量的增多不仅使析出强化作用增强,还能抑制高温下马氏体的分解。同时,残余奥氏体向马氏体的进一步转变以及孪晶马氏体的细化,对室温硬度的提高和红硬性的改善也有一定的作用。

表面粗糙度对大截面M2高速钢高温摩擦磨损性能的影响

采用Bruker UMT-3型高温摩擦磨损试验机研究了不同表面粗糙度的大截面M2高速钢分别在200、400和600℃下的摩擦磨损性能。采用扫描电镜观察其磨损形貌,分析了表面粗糙度对大截面M2高速钢高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:表面粗糙度为0.19μm的试样的摩擦系数随着温度的升高先降低后趋于平缓;而表面粗糙度为0.05μm的试样的摩擦系数随温度变化不大,且两者400和600℃的摩擦系数相近。这是由于200℃时,M2高速钢发生磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,表面粗糙度为0.19μm的试样以磨粒磨损为主,摩擦副相对滑动的剪切阻力大导致摩擦系数较大;而表面粗糙度为0.05μm的试样以粘着磨损为主,生成的摩擦氧化物粘附表面使摩擦系数较小。400和600℃时,两组试样均发生粘着磨损和氧化磨损,400℃时以粘着磨损为主,600℃时以氧化磨损为主,摩擦生成的摩擦氧化物导致摩擦系数较小且差别不大。200、400和600℃下,表面粗糙度为0.05μm的试样的磨损率均大于表面粗糙度为0.19μm的试样,这是由于表面粗糙度为0.05μm的试样其粘着磨损程度较大导致磨损率较大。

原位研究M2高速钢微裂纹的萌生和扩展

使用扫描电子显微镜(SEM)内的原位加载台对M2高速钢进行了原位拉伸实验。结果表明:在M2高速钢的原位拉伸过程中,微裂纹主要在大尺寸共晶碳化物与基体的界面处萌生和扩展。与回火马氏体相比,裂纹更容易在残余奥氏体上萌生。碳化物的尺寸、形状和种类,对微裂纹的萌生和扩展也有重要的影响。减少块状残余奥氏体、一次共晶碳化物和MC碳化物的数量、减小碳化物的尺寸和改善碳化物形状,可减缓微裂纹的萌生和扩展。