【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 使Mn/S≥10可以改善鈉的熱塑性。 釩元素釩是提高高速鋼切削性能的主要元素之一，釩極易與碳結(jié)臺(tái)形成高熔點(diǎn)的碳化物，形成穩(wěn)定的VC，回火過程中VC以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)彌散析出，形成高速鋼的二次硬化，其作用比鎢還強(qiáng)。而溶入固溶體中的鎢可提高馬氏體的抗回火穩(wěn)定性，所以兩者不能相互代替。此外，釩的碳化物彌散硬化更強(qiáng)，顯著提高鋼的耐磨性，而且由于碳化釩細(xì)小均勻地分布于鋼中，對(duì)碳化物的偏析影響不大。鋼中含釩量增加，其紅硬性和耐磨性則隨之提高。~%。3 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法14mm14mm 試樣的制備本實(shí)驗(yàn)試樣材料為高速鋼W9Mo3Cr4V，在實(shí)驗(yàn)前經(jīng)正火處理后切削加工成圓柱形，圓柱直徑為14mm，高為14mm。 試樣編號(hào) 試樣尺寸 試樣共33塊，平均分成11組，每組3個(gè)試樣，分別編號(hào)為1~11號(hào)。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 本實(shí)驗(yàn)熱處理設(shè)備為箱式電阻爐，淬火爐型號(hào)為：SX21013；爐膛尺寸（mm）：250150100；額定功率：6kw；額定溫度：1300℃?；鼗馉t型號(hào)為：；爐膛尺寸（mm）：20012080；額定功率：；額定溫度：1200℃金相實(shí)驗(yàn)光學(xué)顯微鏡為AXIO，型號(hào)為Imager. Aim HAL100,放大倍數(shù)為500倍。X射線電子顯微鏡為日本理學(xué)D/max RB型；條件為Cu靶＋單色器；速度：7176。/min, 30176。~100176。；取點(diǎn)：stepping ；電壓電流：40K100mA。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)高速鋼W9Mo3Cr4V所要求的優(yōu)越性，如力學(xué)性能、紅硬性、耐磨性等都是在正確的淬火和回火之后獲得的[13]，因此，在原材料和預(yù)先熱處理都符合質(zhì)量要求的前提下，淬火和回火是最終決定其性能的關(guān)鍵。 預(yù)備熱處理（退火）工藝的制訂W9Mo3Cr4V中合金元素多，導(dǎo)熱性較差，工件由室溫直接加熱至很高的淬火溫度時(shí)，很容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起變形和開裂，冷卻時(shí)這種由加熱過急造成的應(yīng)力也會(huì)增加變形開裂的傾向，同時(shí)，若將冷態(tài)的高速鋼工件直接高溫加熱，勢(shì)必延長(zhǎng)它在高溫下的停留的時(shí)間，增加其氧化和脫碳傾向，所以在淬火加熱之前須經(jīng)過一次或多次預(yù)熱，縮小其與高溫爐之間的溫差，最大限度地減小彎曲變形。此外，鑄造高速鋼經(jīng)過熱加工后，共晶碳化物網(wǎng)雖被打碎，但還存在不同程度的碳化物不均勻性，其中包含有較大的共晶碳化物顆粒，它們對(duì)高速鋼的機(jī)械性能特別是韌性影響甚大。因?yàn)樵趹?yīng)力作用下，這些硬而脆的粗大碳化物容易開裂、剝落，并與集體分離，往往成為裂紋源。由于該處的應(yīng)力集中，使裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致完全破壞。因此，高速鋼中的碳化物不均勻性（指碳化物呈帶狀、網(wǎng)狀、大顆粒及大塊堆積等不均勻分布）會(huì)顯著降低鋼材的強(qiáng)度和韌度，使機(jī)械性能呈各向異性，并降低材料熱處理后的硬度和紅硬性。同時(shí)，碳化物不均勻性還會(huì)增加熱處理時(shí)的過熱敏感性和淬火時(shí)的變形及開裂傾向。因此，在進(jìn)行淬火加熱前，應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行球化退火。球化退火主要使鋼中的碳化物球化以降低硬度，改善組織，提高淬火鋼的性能及減少淬火缺陷等。加熱溫度對(duì)鋼中碳化物的球化效果有著很大的影響。球化退火加熱溫度不宜太高，一般控制在稍高于Ac1，如Ac1+（20～30）℃，可獲得不均勻奧氏體和大量較細(xì)小的殘留碳化物。W9Mo3Cr4V鋼的Ac1為835℃，所以本實(shí)驗(yàn)退火溫度為850℃。 最終熱處理工藝的制定W9Mo3Cr4V的最終熱處理是淬火＋回火。在W9Mo3Cr4V的熱處理工藝過程中最重要的就是淬火和回火的處理，淬火是為了使其具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火時(shí)所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高材料的塑性和韌性，獲得良好的綜合力學(xué)性能，穩(wěn)定工件尺寸，使鋼的組織在工件使用過程中不再發(fā)生變化。淬火與回火相結(jié)合，則可以使零件具有高的強(qiáng)度、耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性以及一定的沖擊性的配合，這使得W9Mo3Cr4V具備高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞和咬合等能力。（1）淬火。淬火一般是把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織， W9Mo3Cr4V鋼的Ac1為835℃，但由于其中含有大量鎢、鋁、鉻、釩等難熔碳化物，鉻的碳化物900℃才開始溶解，到1100℃幾乎全部溶入奧氏體中；釩的碳化物在900~1000℃時(shí)幾乎不溶解，到1000~2000℃才溶解；鎢的碳化物在950~1150℃雖然開始溶解，但其量甚少，至1200℃以上M6C型碳化物才迅速溶解，但至1325℃還未全部溶解。因此這些合金碳化物只有在1200℃以上才能大量地熔入奧氏體中，它們?nèi)廴電W氏體的數(shù)量愈多，冷卻后馬氏體的合金濃度愈高，從而可獲得高的硬度、高的紅硬性以及良好的耐磨性。為了使合金碳化物能充分溶入奧氏體中，以提高其硬度和紅硬性，從理論上必須提高淬火加熱溫度至鋼的溶化溫度，但這種片面的追求碳化物溶解的方法時(shí)行不通的，會(huì)導(dǎo)致試樣的過熱以致過燒的不良后果[14]。因此本次淬火實(shí)驗(yàn)分別在1050℃、1150℃、1250℃、1280℃四個(gè)溫度下進(jìn)行。為保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴(kuò)散，爐中的試樣應(yīng)在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。淬火加熱時(shí)間選擇與淬火加熱溫度密切相關(guān)，對(duì)于高速鋼產(chǎn)品來說，淬火加熱溫度的選擇是第一位的，通常淬火加熱時(shí)間可按工件的有效直徑或厚度進(jìn)行計(jì)算，~2min/mm計(jì)算,因此本試樣加熱時(shí)間為21min~28min，保溫時(shí)間應(yīng)為4/3加熱時(shí)間，即37分鐘。本次實(shí)驗(yàn)由于要進(jìn)行淬火溫度的橫向?qū)Ρ?，所以取一致的淬火保溫時(shí)間。根據(jù)試樣大小計(jì)算，本次實(shí)驗(yàn)淬火時(shí)間定為40min。冷卻介質(zhì)方面，由于高速鋼的過冷奧氏體很穩(wěn)定，淬火時(shí)即使采用空冷，也能得到馬氏體，故高速鋼又常被稱為“空淬鋼”。但在生產(chǎn)上很少采用空冷淬火，因?yàn)榭绽鋾r(shí)冷卻速度較慢，會(huì)從奧氏體中析出二次碳化物，呈完全或不完全的網(wǎng)狀分布于奧氏體晶界上，因?yàn)樘蓟锏奈龀?，降低了奧氏體的合金化程度，從而影響了高速鋼的紅硬性，故高速鋼的淬火冷一般都采用油冷或分級(jí)冷卻，以防止碳化物的析出。W9Mo3Cr4V鋼的馬氏體點(diǎn)（Ms點(diǎn)）較低，淬火組織中保留的殘留奧氏體組織高達(dá)20~30%[15]。本次實(shí)驗(yàn)同時(shí)將試樣進(jìn)行油冷和空冷，以便進(jìn)行對(duì)比研究。 （2）回火。為了消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，減少殘余奧氏體量，鋼在淬火后必須進(jìn)行回火?；鼗鹨话闶侵腹ぜ阌埠蠹訜岬紸c1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝，同時(shí)還要根據(jù)鋼種注意要避免各種鋼的回火的脆性溫度區(qū)間。W9Mo3Cr4V的熱硬性就是在回火過程中獲得的，回火時(shí)W和V的合金碳化物從馬氏體中析出，使V、W、C的碳化物以極細(xì)小的粒度彌散分布在馬氏體基體上，使其硬度明顯上升，同時(shí)淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，殘余奧氏體在回火冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，也使硬度提高，由此造成二次硬化，保證了鋼的高硬度和紅硬性，同時(shí)韌性也有所提高。據(jù)研究，W9Mo3Cr4V通常在二次硬化峰值溫度或稍高一些的溫度(550~570℃)下回火三次，能得到各項(xiàng)性能的最佳組合[16]。本次實(shí)驗(yàn)為作不同回火溫度下組織性能的研究，將回火實(shí)驗(yàn)分別在250℃、350℃、450℃、550℃、600℃下回火一次或多次，并全部進(jìn)行空冷?？绽淇绽淇绽?50℃1280℃1150℃1050℃40min油冷600℃550℃450℃350℃250℃1h550℃550℃1250℃1h1h時(shí)間溫度T/℃ 熱處理工藝4 實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)過程 退火處理 由于所用的箱式電阻爐爐膛大小所限，為保證試樣都能受熱均勻，將試樣分成兩批進(jìn)行退火處理，第一批17個(gè)試樣，第二批16個(gè)試樣，退火溫度同為850℃，并在同一箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行，退火完畢后進(jìn)行空冷。 淬火處理 鑒于試樣總數(shù)較多，且淬火溫度又各不相同，因此將試樣按小組編號(hào)進(jìn)行分別淬火，如1號(hào)三個(gè)試樣小組進(jìn)行1050℃淬火，2號(hào)小組三個(gè)試樣進(jìn)行1150℃淬火，3號(hào)小組三個(gè)試樣進(jìn)行1250℃淬火。： 試樣淬火編號(hào)及淬火時(shí)間試樣編號(hào)1234567891011淬火溫度1050℃1150℃1250℃1280℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃淬火時(shí)間40min40min40min40min40min40min40min40min40min40min40min 將每組試樣中取一塊試樣進(jìn)行空冷，其余的試樣均進(jìn)行油冷。 回火處理 將5—11組試樣在不同回火溫度下進(jìn)行回火，詳細(xì)回火情況如下表所示： 試樣回火編號(hào)及回火時(shí)間試樣編號(hào)567891011回火溫度550℃回火一次550℃回火三次360℃一次，550℃三次250℃回火一次350℃回火一次450℃回火一次600℃回火一次回火時(shí)間60min60min60min60min60min60min60min 每組試樣回火1h后，空冷至室溫。 金相腐蝕 將淬火未回火試樣中空冷、油冷試樣各取一塊，即取4組空冷和油冷各一塊進(jìn)行打磨拋光；而從回火試樣，即5—11號(hào)試樣中各取一塊進(jìn)行打磨拋光。拋光完畢后將其放入濃度為5%的硝酸酒精溶液中腐蝕15~30分鐘，然后取出在空氣中晾干。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 試樣硬度 各試樣經(jīng)熱處理后經(jīng)洛氏硬度計(jì)測(cè)其硬度，測(cè)驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 退火硬度試樣編號(hào)硬度值（HRC）平均硬度值0（1）2121230（2）21 淬火溫度與硬度試樣編號(hào)淬火溫度淬火時(shí)間冷卻方式硬度（HRC）平均值11050℃40min油冷5151555251空冷505321150℃40min油冷555455空冷5231250℃40min油冷57605756555750空冷5550575441280℃40min油冷4644493848空冷4041 回火溫度與硬度