含钴高钒高速钢回火组织演变和耐磨性

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和磨损试验机等研究了含钴高钒高速钢经1050℃风冷淬火后在不同温度回火保温不同时间后的组织演变、硬度和耐磨性。结果表明:在不同回火温度下,含钴高钒高速钢中均有MC和M_(2)C型二次碳化物析出,并在基体中均匀分布。当回火温度为400℃时,含钴高钒高速钢中含有少量残留奥氏体;当回火温度超过500℃,残留奥氏体消失;随着回火温度升高,马氏体发生分解,600℃回火后,孪晶马氏体已完全分解。含钴高钒高速钢经500℃回火后硬度达到峰值,磨损量最小,耐磨性最好,回火温度继续升高后,硬度大幅度下降。在500℃回火时,随着保温时间的延长,含钴高钒高速钢的马氏体分解量增加,保温16 h后,马氏体已完全分解,基体显微硬度明显下降,由于二次碳化物析出的强化效应,导致回火保温时间增加对其宏观硬度无明显影响。

钒对高硼高速钢组织及回火析出的影响

通过钒合金化制备了不同钒含量的高硼高速钢,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱等手段,研究了钒含量对高硼高速钢组织和宏观硬度的影响,并探究了热处理后含钒高硼高速钢的析出相形貌及结构。结果表明,高硼高速钢铸态组织主要由枝晶马氏体和M_2B硼化物组成,随着钒含量增加,基体中马氏体数量减少,铁素体数量增加,同时硼化物逐渐细化,合金的宏观硬度随钒含量增加而逐渐降低。微观分析表明,随V含量的增加,M_2B硼化物中V元素的固溶含量均增加。同时,V在硼化物中的固溶不改变富Fe硼化物中Cr的含量,但富Mo硼化物中Mo、W元素含量随合金中V含量的增加而逐渐降低。淬火加回火处理后,基体中出现了富Mo、W、V元素的二次析出相,且随着合金中V含量的提高,二次析出相的数量不断增加,其尺寸反而减小。同时,基体为细小的板条马氏体,二次析出颗粒形态为球状及短杆状,钒的加入促进了二次硼碳化物M_(23)(B,C)_6、M(B,C)、M_6(B,C)的析出。

高碳高钒系高速钢的耐磨性研究

制备了不同成分的新型高碳高钒系高速钢 ,并与高铬铸铁对比考察了其耐磨性和磨损机理 .结果表明 :高碳高钒系高速钢的耐磨性明显优于高铬铸铁 ;其组织中的碳化物形态对耐磨性具有显著影响 ,其中具有细小及弥散分布的颗粒状 MC型碳化物组织的试样的耐磨性最佳 ;

高碳化物铁碳合金的磨粒磨损性能研究

利用销盘式磨损试验机研究了具有高碳化物含量的高铬及高钒系铁碳合金的磨粒磨损性能。结果表明，高碳化物铁碳合金的耐磨性取决于材料表面的宏观硬度与碳化物硬度、含量及分布，宏观硬度临界值约为57HRC。当材料的硬度低于临界值时，其耐磨性主要取决于宏观硬度；当宏观硬度高于临界值时，耐磨性主要取决于碳化物的硬度及含量。随着Cr7C3含量的增加，高铬系合金的耐磨性稍有提高。随着VC含量增加，高钒系合金的耐磨性迅速提高。当宏观硬度高于临界值且含量较高的VC均匀分布时，高钒合金的耐磨性是高铬铸铁的2．3—3．5倍。

轧辊用高钒高速钢的滚-滑动磨损性能及失效行为研究

在高应力滚-滑动(滑动率约10%)条件下,利用自制的磨损试验机研究了高钒高速钢的磨损性能,并利用电子显微镜分析了失效行为.结果表明:高钒高速钢的相对耐磨性是高铬铸铁(Cr20)的2倍以上.磨损失效形式为显微切削与疲劳剥落的复合,兼有碳化物碎裂.碳化物对磨损失效有重要作用,高铬铸铁中的杆状M7C3型碳化物易于弯曲、碎裂而在其内部形成大量裂纹,促进磨损表面产生大块的疲劳剥落;高钒高速钢中团块状VC硬度高、形态好、具有精细亚结构、不易碎裂,可有效地抵御显微切削和疲劳剥落,是高钒高速钢耐磨性优良的原因.

残余奥氏体量对高钒高速钢性能的影响

利用改变高钒高速钢淬火加热温度和回火温度获得不同残余奥氏体量 ,研究了残余奥氏体量对硬度、冲击韧性和磨粒磨损性能的影响。结果表明 :淬火加热温度升高 ,残余奥氏体量增加 ;回火温度升高 ,残余奥氏体量减少。随残余奥氏体量增加 ,硬度呈二次曲线状先升高后降低 ,冲击韧性近似直线升高 ,磨损量呈二次曲线状先下降后升高。残余奥氏体量为 2 0 %～ 4 0 % (vol% )时 ,高钒高速钢的硬度高 ,冲击韧性适中 ,磨粒磨损耐磨性最好。

碳化物对冷轧条件下轧辊中裂纹行为的影响

利用扫描电镜、透射电镜研究碳化物对冷轧过程中高铬铸铁及高钒高速钢轧辊中裂纹行为的影响。结果表明,裂纹萌生及扩展与碳化物的精细结构、碳化物与基体界面结构及碳化物形态有关。高铬铸铁中的M_7C_3具有层错结构,轧制过程中M_7C_3内部易于造成位错塞积而萌生裂纹,经短距离扩展后形成贯穿的主裂纹,导致轧辊迅速失效。高钒高速钢中的VC内部弥散分布着大量富钼的纳米级MC型碳化物,起到钉扎VC内部位错的作用,促使形成位错环而吸收轧制能量,裂纹不易在VC内部萌生,而主要萌生于VC与基体界面,并沿球形VC的表面扩展,扩展到VC侧面时出现裂纹钝化现象。VC与基体界面的部分共格关系能够延缓界面裂纹萌生,VC良好的形态有助于裂纹钝化,提高轧辊的抗疲劳性能及寿命。

高钒高速钢与高铬铸铁的滚动磨损性能对比研究

以高铬铸铁为参照,在自制的模拟轧辊磨损试验机上研究了高钒高速钢的滚动磨损性能.结果表明:随磨损循环次数的增加,两种材料的磨损量均直线地增加,高钒高速钢的相对耐磨性是高铬铸铁的4倍以上;高铬铸铁中的裂纹主要由于M7C3的严重碎裂而萌生于M7C3的内部,高钒高速钢中的裂纹则主要萌生于VC与基体的界面,并沿VC的表面扩展.高钒高速钢中VC形状好、不易碎裂及基体硬度高是其耐磨性优良的主要原因.

高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究

以高铬铸铁Cr26为对比材料,利用可模拟破碎机耐磨件实际服役工况(主轴转速2 840 r/m in)的WM-1型冲击磨损试验机,以初始直径约25 mm的鹅卵石颗粒为磨料研究了高钒高速钢V9的冲击磨损性能及其磨损机理.结果表明:高钒高速钢V9的耐磨性为高铬铸铁Cr26的3倍以上;在颗粒的高速冲击下,高铬铸铁的磨损机理主要为划伤和碳化物碎裂导致剥落;高钒高速钢的磨损机理主要为在鹅卵石颗粒冲击下,基体受到显微切削而导致碳化物脱落,使基体受到颗粒的蚕食作用而不断反复进行的磨损过程.

硬度及冲击韧性对高钒高速钢磨损稳定性的影响

通过改变热处理工艺获得不同硬度及冲击韧性、含钒10%的高钒高速钢试样,提出了磨损稳定性的概念及采用磨损稳定性因子(K)量化磨损稳定性的方法,研究了硬度和冲击韧性对高钒高速钢的磨损稳定性影响.结果表明:随着硬度增加,磨损稳定性及其耐磨性提高;随着冲击韧性提高,虽然耐磨性降低,但磨损稳定性有所提高.在本文试验条件下,随着残余奥氏体变化量(ΔA)增加,高钒高速钢的磨损稳定性下降.

奥氏体化保温时间对高速钢工作辊组织和耐磨性的影响

制备了高碳高钒系高速钢辊环,通过SEM、EDS、XRD分析以及硬度测量研究了奥氏体化保温时间对高碳高钒系高速钢轧辊材料的组织和耐磨性的影响。结果表明,随着奥氏体化保温时间的增加,在铸造过程中形成的M3C型碳化物逐渐溶解或向M2C型碳化物转变;MC型碳化物在晶内逐渐析出,且随着奥氏体化保温时间的延长逐渐圆整为粒状或棒状。在奥氏体化保温过程中,M2C型碳化物按如下公式发生分解:M2C+γ-Fe→MC+M6C;未溶的大块M3C型共晶碳化物是高速钢试样耐磨性差的原因,随着奥氏体化保温时间的增加晶内不断析出的MC型碳化物是高速钢试样耐磨性提高的主要因素;长度<100μm、宽度<20μm的条状碳化物在磨损过程中不易脱落。

高钒铁碳合金中碳化钒的生长机制及形态控制研究综述

阐述了高钒合金优良的耐磨性能及碳化钒相对于耐磨性的意义,有关碳化钒形态的试验和理论研究。重点介绍了碳化钒形核和生长机制,各种变质剂对其形态的影响及变质机理最后对高钒合金中碳化钒相的研究提出几点建议。

高钒高速钢磨损性能的研究现状

概述了高钒高速钢的成分与组织,以及变质处理对碳化钒形态与分布的影响。介绍了高钒高速钢的磨粒磨损、冲击磨损、滚动磨损、滑动磨损、滚滑动磨损性能与失效机理,热处理、碳钒含量,以及合金元素对高钒高速钢磨损性能的影响。分析了高钒高速钢具有优良耐磨性能的原因。指出高钒高速钢是当前研究的重要方向之一,具有广阔的发展前景。

热处理温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响

研究了淬火温度和回火温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响。结果表明:在空冷条件下,当淬火温度低于1040℃时,随着淬火温度的升高,钢的硬度逐渐升高;超过1040℃后,随着淬火温度的升高,其硬度又逐渐降低;同时随着淬火温度的升高,钢中碳化物的数量逐渐减少,马氏体不断粗化,而残余奥氏体含量逐渐增加;在1040℃淬火后,当回火温度低于500℃时,钢的硬度变化不明显;超过500℃后随着回火温度的升高,其硬度先升高,并在520℃时达到最高值,此后钢的硬度又逐渐降低;随着回火温度的升高,马氏体中弥散析出的碳化物数量逐渐增加并聚集长大,同时马氏体和部分残余奥氏体转变为回火马氏体。

基于多次回归分析的高钒高速钢滚动磨损模型

利用自制的滚动磨损试验机，测试了4种高钒高速钢的磨损性能，利用回归方法建立了磨损量关于循环次数和基体中碳含量的二元方程模型。结果表明：该模型可较准确地预测高速钢的磨损性能；预测结果揭示，基体中碳含量为0．48％～0．50％时，基体组织主要为低碳板条马氏体，硬度高且韧性较好，可以同时有效的抵御显微切削及疲劳磨损，磨损性能最佳。当基体中碳含量过低时，基体中出现大量硬度很低的铁素体相，显微切削为高速钢的主要磨损机制，而碳含量过高时，基体主要为韧性差的高碳马氏体，高速钢以疲劳磨损为主，二者均导致耐磨性下降。

滑动率对高钒高速钢滚-滑动摩擦磨损行为的影响

在高应力滚滑动(滑动率约为0.5%,5%,10%)条件下,利用自制的磨损试验机研究了高钒高速钢的摩擦磨损性能,并利用电子显微镜分析了失效行为。结果表明:高应力滚滑动接触使高钒高速钢中的奥氏体转化为马氏体,并使马氏体发生严重的碎化。滑动率对高钒高速钢的摩擦磨损行为有显著影响。当滑动率为5.12%时,摩擦系数最高,滑动率升高或降低均使摩擦系数降低。随着滑动率增加,高钒高速钢的磨损率增加,其磨损失效方式逐渐由疲劳磨损为主转变为滑动磨损为主。

高速钢/结构钢双金属复合材料界面研究

采用镶铸法 ,以液固结合的方式制备了高碳钒系高速钢 /结构钢双金属复合材料。研究了不同结合条件下 ,双金属复合材料界面结构及形态。试验结果表明 ,镶铸是靠外层合金带入的过热热量来获得界面结合的 ,当外材与芯材在体积比大于 8.0的条件下 ,才有可能获得界面结合 ,其界面结合为扩散结合。复合材料界面结构由芯材扩散层、激冷凝固层、方向性生长层和胞状晶粒层组成。外层材料凝固时有明显的方向性生长 ,其液固相线推移速度对在液固结合条件下外层材料的凝固组织具有明显影响。当外材与芯材体积比为 1.2 5时 ,外层材料的凝固速度最快 ,出现了棒状伪共晶组织 ,随体积比的增长 。

高钒高速钢、高铬铸铁冷轧辊磨损试验研究

通过对高钒高速钢、高铬铸铁轧辊试样的冷轧模拟试验研究表明,高钒高速钢由于其均匀分布、形态较好的高硬度碳化物使其耐磨性大幅提高,在同等试验条件下为高铬铸铁试样的4.4倍。微观分析表明,轧辊试样磨损机理主要表现为疲劳剥落,浅层剥落主要表现为棘齿裂纹的萌生、扩展与断裂的过程;高铬铸铁轧辊试样深层失效主要表现为M7C3型碳化物的断裂并形成裂纹源并在疲劳循环过程中断裂失效,高钒高速钢轧辊试样MC型碳化物有少量破碎并形成晶间裂纹源,主要失效方式表现为碳化物颗粒剥落,并对此进行了定性的力学解释。

高钒高速钢的研究及应用现状

综述了高钒高速钢的研究现状、存在的问题及未来的发展前景,重点对高钒高速钢的的冶炼工艺、成分设计和组织特征的研究进展进行了评述,指出了成分设计中钒碳比对耐磨性的影响,变质处理对初生碳化物形态的影响,并对其应用尤其是在轧辊行业的应用进行了介绍。最后对其重点研究方向提出了相应建议。

钾盐复合变质剂对高钒高速钢中碳化钒形态与分布的影响

采用不同的钾盐复合变质剂(含B钾盐、含Ti钾盐、含Zr钾盐)对高钒高速钢进行变质处理。试验结果表明,在高钒高速钢中加入含B钾盐、含Ti钾盐复合变质剂,能使初生VC的数量有所增加,形态更为圆整,分布均匀。加入含Zr钾盐复合变质剂,初生VC数量变化不大,但形态有所改变,共晶碳化钒断开,更加细化。