【文章內(nèi)容簡介】 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)臺形成高熔點的碳化物，形成穩(wěn)定的VC，回火過程中VC以細(xì)小質(zhì)點彌散析出，形成高速鋼的二次硬化，其作用比鎢還強。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，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 實驗材料及實驗方法14mm14mm 試樣的制備本實驗試樣材料為高速鋼W9Mo3Cr4V，在實驗前經(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 試樣尺寸 試樣共33塊，平均分成11組，每組3個試樣，分別編號為1~11號。 實驗設(shè)備 本實驗熱處理設(shè)備為箱式電阻爐，淬火爐型號為：SX21013；爐膛尺寸（mm）：250150100；額定功率：6kw；額定溫度：1300℃?；鼗馉t型號為：；爐膛尺寸（mm）：20012080；額定功率：；額定溫度：1200℃金相實驗光學(xué)顯微鏡為AXIO，型號為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：stepping ；電壓電流：40K100mA。 實驗設(shè)計高速鋼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，很容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起變形和開裂，冷卻時這種由加熱過急造成的應(yīng)力也會增加變形開裂的傾向，同時，若將冷態(tài)的高速鋼工件直接高溫加熱，勢必延長它在高溫下的停留的時間，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，它們對高速鋼的機械性能特別是韌性影響甚大。因為在應(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）會顯著降低鋼材的強度和韌度，使機械性能呈各向異性，并降低材料熱處理后的硬度和紅硬性。同時，碳化物不均勻性還會增加熱處理時的過熱敏感性和淬火時的變形及開裂傾向。因此，在進(jìn)行淬火加熱前，應(yīng)對試樣進(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℃，所以本實驗退火溫度為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度、硬度和耐磨等性能；回火主要是消除工件淬火時所產(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度、耐磨性、足夠的強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行不通的，會導(dǎo)致試樣的過熱以致過燒的不良后果[14]。因此本次淬火實驗分別在1050℃、1150℃、1250℃、1280℃四個溫度下進(jìn)行。為保證必要的組織轉(zhuǎn)變和擴散，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間。淬火加熱時間選擇與淬火加熱溫度密切相關(guān)，對于高速鋼產(chǎn)品來說，淬火加熱溫度的選擇是第一位的，通常淬火加熱時間可按工件的有效直徑或厚度進(jìn)行計算，~2min/mm計算,因此本試樣加熱時間為21min~28min，保溫時間應(yīng)為4/3加熱時間，即37分鐘。本次實驗由于要進(jìn)行淬火溫度的橫向?qū)Ρ?，所以取一致的淬火保溫時間。根據(jù)試樣大小計算，本次實驗淬火時間定為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，因為空冷時冷卻速度較慢，會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，因為碳化物的析出，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冷卻，以防止碳化物的析出。W9Mo3Cr4V鋼的馬氏體點（Ms點）較低，淬火組織中保留的殘留奧氏體組織高達(dá)20~30%[15]。本次實驗同時將試樣進(jìn)行油冷和空冷，以便進(jìn)行對比研究。 （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，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝，同時還要根據(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，能得到各項性能的最佳組合[16]。本次實驗為作不同回火溫度下組織性能的研究，將回火實驗分別在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時間溫度T/℃ 熱處理工藝4 實驗過程及實驗結(jié)果 實驗過程 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個試樣，第二批16個試樣，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進(jìn)行分別淬火，如1號三個試樣小組進(jìn)行1050℃淬火，2號小組三個試樣進(jìn)行1150℃淬火，3號小組三個試樣進(jìn)行1250℃淬火。： 試樣淬火編號及淬火時間試樣編號1234567891011淬火溫度1050℃1150℃1250℃1280℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃1150℃淬火時間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： 試樣回火編號及回火時間試樣編號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。 實驗結(jié)果 試樣硬度 各試樣經(jīng)熱處理后經(jīng)洛氏硬度計測其硬度，測驗結(jié)果如下表所示： 退火硬度試樣編號硬度值（HRC）平均硬度值0（1）2121230（2）21 淬火溫度與硬度試樣編號淬火溫度淬火時間冷卻方式硬度（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