论文部分内容阅读
高速钢是高碳高合金莱氏体钢,具有硬度高、红硬性好、耐热耐磨等特点,主要用于制作各种切削工具、高载荷模具等。随着大型装备制造业的迅速发展,对高速钢的尺寸规格和性能要求不断提高。然而,高速钢的高碳高合金的成分特点使其容易发生碳化物偏析,而且钢锭截面越大碳化物偏析越严重,这使得其碳化物的不均匀度高、颗粒粗大,严重影响了高速钢的加工性能和使用性能。尤其是碳化物心部偏析严重这一缺点,目前已成为限制高速钢发展的关键因素。国内外主要采用电渣重熔法、粉末冶金法、喷射沉积法来冶炼高速钢。粉末冶金和喷射沉积法虽然能够对减小和改善高速钢碳化物偏析起到一定的效果,但粉末冶金生产高速钢热诱导空洞严重、夹杂物含量高,喷射沉积方法生产高速钢颗粒碳化物层状偏析严重,而且这两种方法生产成本非常高。为了改善碳化物偏析,提高高速钢的质量与性能,本课题使用电渣重熔生产的M42高速钢进行研究,探究冷却速度以及增加二次气雾冷却对M42高速钢碳化物特征的影响机理,建立冷却速度与碳化物网距的定量关系,标定电渣重熔高速钢钢锭凝固前沿的冷却速度。该研究可以为控制M42高速钢碳化物偏析提供理论依据,指导并优化高速钢生产的质量以及性能,为电渣重熔生产其他类型高速钢提供参考。研究结果表明:在电渣重熔生产M42高速钢的过程中,随着冷却速度的增大,过冷度增加,对应的碳化物平均网距减小,当冷却速度由0.03℃/s增加到4.00℃/s时,碳化物尺寸减小,数量增多,碳化物层间距由2.326μm减小到0.571μm,碳化物形貌由“羽毛状”、“菊花状”以及非常细小的“棒状”转变为连续的“片层状”以及体积较大的“棒状”等。由于铸锭边缘与心部冷却强度的差异,导致径向上碳化物的尺寸及分布不均。为此,本课题研究了增加二次气雾冷却生产M42高速钢的电渣重熔工艺,改善了铸锭边缘到心部的冷却强度,从原来的0.04℃/s~0.66℃/s转变为0.05℃/s~1.04℃/s,调整了冶炼过程的熔池结构,熔池深度从150mm降低到120mm,使得其更加趋于“浅”和“平”,ESR工艺边缘到心部碳化物层间距为0.526μm~0.640μm,ESR-SAC工艺边缘到心部碳化物层间距为0.500μm~0.563μm,增加二次气雾冷却有利于熔池结构改善进而使碳化物重新分布且尺寸减小,分布均匀,提高M42高速钢性能与质量。