喷射成形新型高合金工具钢的显微组织与力学性能

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1、二、钢铁粉末及制品喷射成形新型高合金工具钢的显微组织与力学性能刘允中康少付王洁李元元(华南JE-Y--大学机械与汽车工程学院，广东，广州，510640)摘要采用喷射成形工艺制备了一种新型高合金工模具钢，并对沉积坯进行了热锻致密化处理和淬火+回火热处理。对比分析了喷射沉积态合金和电渣重熔态合金的显微组织和力学性能。结果表明，喷射成形材料组织为均匀细小的等轴晶，微细碳化物弥散分布，有效解决熔铸态合金热锻后仍无法完全消除的成份偏析和粗大网状碳化物的问题。由于喷射沉积材料具有良好的组织形态，使得喷射沉积材料的强度和冲击韧性比电渣重熔态分别提高了40

2、％和18％。由于喷射沉积材料中非金属夹杂物的影响，使得材料的冲击韧性值偏低，有待进一步优4E-Y-艺，减少夹杂物的含量，提高材料的力学性能。关键词喷射成形；高合金工具钢；显微组织；力争l生能；电渣重熔中图分类号：rI．Fl文献标识码：A高合金工具钢应用广泛、使用的工况条件苛刻、要求有良好的等向性、高的纯结度及理想的金相组织和碳化物形态⋯。高合金工模具钢采用电渣重熔(ESR)二次精炼工艺可以提高钢的纯度、降低含硫量和减少非金属夹杂物，但由于碳和合金元素含量高，仍会出现合金元素严重偏析、粗大网状碳化物和共晶莱氏体等缺陷。这些缺陷须经过后续多次变

3、向热锻或多步骤热轧变形加工以及合理的热处理，方能改善或消除旧J。喷射成形技术制备的材料晶粒细小、组织均匀、宏观偏析小，具有快速凝固和近终成形的特点。与传统粉末冶金工艺相比，喷射成形的材料制备工序少，具有短流程、高性能、低成本等优势，在替代传统工艺和开发新材料方面的应用前景广阔∞J。国内开展喷射成形高性能钢铁材料的研究开发的单位较少。上海宝钢研究院史海生等人采用喷射成形工艺制备了瑞典Uddeholm公司Vanadis4钢和Crucible公司的CPMM4钢两种粉末冶金工模具钢，获得了与进口的同成分粉末冶金钢种相似的球化组织和退火硬度HJ。迄今

4、为止，国内外研究喷射成形高合金工具钢组织形态对力学性能的影响的报道很少，本文分别采用喷射成形工艺和电渣重熔工艺制备了一种新型高合金工模具钢(代号：HGSF01)，对比分析了两种不同工艺状态下材料的组织形态，研究了其显微组织对材料力学性能的影响。1实验材料与方法实验材料是本单位正在研究开发的一种新型高合金冷作工具钢，其合金元素质量百分数为：1．1C、(7．0—7．5)Cr、(2．o一2．5)V以及少量的w和Mo元素，其余为Fe元素，代号为HGSF01。首先采用电渣重熔工艺浇铸成母合金铸锭，然后在ZGSP一0．2喷射成形装置上制备了喷射沉积坯，

5、其工艺过程如下：将母合金料放入中频感应炉内加热，使之熔化，过热到适当温度保温一段时间，使熔体的温度和成分达到均匀。然后熔体通过导液管流出，被高压氮气射流雾化成细小液滴颗粒并快速冷却，沉积在位于雾化室底部的接收基板上，迅速凝固而形成圆柱形坯料【4J。制得的喷射沉积坯形貌(尺寸为250nlnl×220mm)如图l所示。机加工去除喷射沉积坯鱼鳞状的表皮。为了消除沉积坯中的孔隙，改善组织与性能，进行了后续热锻致密化工艺。热锻工艺参数为始锻温度1160～1200℃，终锻温度900～950℃，对喷射沉积坯进行反复墩拔，使总锻造比不小于3。同时，对电渣重

6、熔态母合金块料也采用相同热锻工艺，以减少元2069争国粉末冶金学术会议索偏析，破碎粗大的阿状碳化物和共品莱氏体组织。热锻后．对锻件进行了在860℃下保温6个小时的球化退火工艺．以消除热锻后的残余J衄力，使组织均匀化，降低硬度，以便于切削加J=，并为进一步的最终热处理做好组织上的准备。最后，对喷射成形态和电渣重熔态热锻件进行最终熟处理，以获得足够的硬度和良好的韧性，其T艺参数为1100℃氮气淬火+560t回火两次，每次同火两个小时。为了研究两种不同工艺下高台会钢工模具钢的组织形态和力学性能，分别从喷射成形态和电渣重熔态合金上取样。采用了会相显

7、微镜，Quanta200环境扫描电子显微镜进行显微组织的观察；采用D／⋯IlIA全自动X射线衍射仪(日4-理学公司)进行物相分析：秉用洛氏硬度计TH320进行硬度测试；使川微机控制电子万能试验机CMT5105，按照《金属材料弯曲试验方法标准：GBT232—1999}进行了弯曲试验(试样尺寸为：长16一×宽度6mmx厚度3mm，跨距10mm)。采用摆锤式冲击试验机SIEMENSTD200上，对每种材料分别进行了15次无姥n冲击试目1喷射成Ⅳ圆柱坯验(试样尺寸为10mmx10mmx55ram)。按照《余属夏比(v型缺口)冲击试验方法GB2106

8、一so)进行有缺u夏比冲击试验(试样尺十为10mm㈥1055mm，缺口为2am)．并在扫描电镜上对冲击断口形貌进行观察。2试验结果2．1电渣重熔态与喷射成形态HGSF01钢的组织