电渣重熔DT40钢结硬质合金的性能研究分析——毕业设计.doc

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1、电渣重熔DT40钢结硬质合金的性能研究分析毕业设计郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计） 2014 届 材料成型及控制工程 专业 1006091 班级 题 目电渣重熔DT40钢结硬质合金950度淬火高温回火工艺、组织及性能研究 姓 名 杜刘名 学号 100609106 指导教师 张新房 职称 副教授 二 四 年 五 月 五 日内 容 摘 要钢结硬质合金是以钢作粘合剂和硬质化合物为硬质相的一种新型的复合材料。它介于硬质合金和合金钢之间，具有硬质合金和钢的大部分优点，不仅和硬质合金一样具有高强度、高硬度、高耐磨性，而且还和钢一样具有可加工、可焊接、可热处理等性质。它主要应用于耐磨零件、刀具、

2、模具等方面。随着中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，因而模具材料、耐磨零件选择及其热处理工艺的选择已在模具制造业中引起广泛的重视。对材料的强度、材料的制造精度、材料的成本、材料的使用寿命也有着越来越高的要求。 研究结果结果表明，DT40钢结硬质合金在淬火温度、回火温度、保温时间、熔渣含量的影响下，对钢结硬质合金的硬度、耐磨性、相对密度、弯曲强度、金相组织都有所影响。本文对电渣重熔DT40钢结硬质合金热处理工艺以及金相组织综合分析，制订出合理的热处理工艺方案，并根据实验得出结论和数据进行比较分析。这样使材料的综合性能达到一定的要求，同时，满足研究降低成本的方法，以节约资源。关 键

3、词DT40钢结硬质合金；电渣重熔；热处理工艺；淬火The Graduation Thesis for Bachelors DegreeStudy of Quenching and High Temperature Tempering Technology,Organization and Properties of Electroslag RemeltingDT40 Steel Bond Hard Alloy in 950 DegreesCandidate：College of mechanical and electrical engineeringSpecialty：Materials s

4、cience and EngineeringStuden ID：100609106Supervisor：Xinfang ZhangZhengzhou Institute of Aeronautical Industry ManagementAbstract Steel bonded hard alloy is a new composite material which uses steel as blinder and hard compound as hard phase.Its character is on the borderline between hard alloy and a

5、lloy steel.It has most of the advantages belong to hard alloy and steel.it has not only high strength,high hardness and high wear resistance,but also the character of machinability,weldability and heat-treatability like steel.It usually applied to fields like wear parts,knife tools or moulds. With i

6、ncreasing requirements for the industry of moulds by developing chinese economy,the selection of mould material,wear parts and heat treatment technology is becoming more and more important in the die and mould industry.Accordingly, the requirments for the hardness,the manufacture accuracy,the cost a

7、nd the life of materials are increasing. The study result indicates with the influence by quenching temperature,tempering temperature , heat preservation time and slag content,DT40 steel bonded hard alloy has a great influence on hardness, wear resistance，relative density，bending strength and metall

8、urgical structure. This paper analyses the heat treatment technology of electroslag remelting DT40 steel bonded hard alloy and metallurgical structure synthetically,then draws up a reasonable heat treatment technology,finally compares and analyzes the figures from the experiment.So it is possible to

9、 make the combination property of materials to meet certain requirements.At the same time,it can also cut the cost and save energy.Key wordsDT40 Steel bonded hard alloy; electroslag remelting; heat treatment technology;quencher第1章 绪论1.1引言中国是经济发展相对来说比较高速的，对模具工业也提出了更高的要求，因而模具材料的加工和耐磨件选择及其热处理工艺处理已在模具制造

10、业中引起了较为广泛的重视。对材料的强度、材料的制造精度、材料的成本、材料的使用寿命的要求越来越高。以钢作粘合剂和硬质化合物为硬质相的复合材料被称为钢结硬质合金，它是一种新型的复合材料，它具有硬质合金和钢的大部分优点，并且还和硬质合金一样具有高强度、高硬度、高耐磨性的特点，而且还和钢一样具有可加工、可焊接、可热处理等性质，拟补了硬质合金和钢两者中间的空白，它主要应用于耐磨零件、刀具、模具等各个方面。钢结硬质合金具有很多独特的优秀性能，主要表现在以下几个方面：（1）具有良好的机械性能。钢结硬质合金在进行热处理后具有很高的硬度和强度，普通的钢和合金钢是没法和钢结硬质合金相比的，它也具有更高的耐磨性、

11、强度和硬度，甚至比硬质合金钢的硬度、强度还要强。除此之外，钢结硬质合金相比于硬质合金钢具有较高的韧性和弯曲强度。（2）很好的化学稳定性。钢结硬质合金根据其中的熔渣含量不同可具有各种不同的化学特性，如：耐腐蚀性、抗酸碱盐性、抗氧化性、耐高温性。根据它的不同特性，可用于制造不同用途的工业材料，进而拓宽了钢结硬质合金的应用范围和领域。（3）具有广泛的加工特性。钢结硬质合金最为主要的工艺加工特性就是具有可锻造性、可焊接性和可热处理的特性；他的这些特性既可以适用于各种形状的锻造成型，硬化处理，焊接等，提高了它的行用性，因此决定了它广泛的工业用途。由于钢结硬质合金的良好的机械和工业性能，因而在60年代投放

12、市场以来，世界上很多国家都开始研制和发展钢结硬质合金，近年来它的发展在全世界取得了突飞猛进的地步。在我国钢结硬质合金的研究和发展与世界先进国家差距还是很大的，虽然在我国也该、有很多家大的企业在研究它，但是由于在技术和研究上的差距使我国研制的钢结硬质合金的性能比较差，比不适合大批量生产和在工业材料上的应用。所以说，在我国急需的就是提高对钢结硬质合金的研究和开发，以满足我国高速发展的工业需求，降低生产成本，降低资源消耗，是我国的工业化进程发展更加迅速。本论文研究的是对电渣重熔DT40钢结硬质合金中的各个影响因素，从而在不同的方面着手，提高钢结硬质合金的综合的力学性能，降低它的生产成本，为钢结硬质合

13、金在我国的研究和生产提供较为真实的理论基础。1.2钢结硬质合金的简介1.2.1钢结硬质合金的发展概况钢结硬质合金具有其他钢结构不具有的有点，它综合了其他钢的优点，所以它的性能在一定程度上推动了自身的发展。自上世纪60年美国将硬质合金钢投放市场以后，世界上部分国家也都纷纷在该领域涉足，进行开发研究，并且取得了自己的产品体系。长期以来，由于70年代末和80年代初的社会各方面因素的影响钢结硬质合金的发展十分缓慢。80年代后期，钢结硬质合金的发展在世界上又活跃了起来，尤其是这些年来各个国都大力研究寻求取代钢铁材料，从而更加的推动了钢结硬质合金的发展、完善和进步。尤其是前苏联在钢结硬质合金方面做了大量的

14、试验和研究，并且研究出一些新的产品，；瑞士、英国等国家也进行了一些研究；同时日本在这方面也取得了不小的成果；但是最成功的还要数欧洲，他们的研究在金属加工领域得到了大部分国家的认可。近年来，各国都在从事钢结硬质合金的研究，在加工工艺以及应用等方面取得了很大成功，我就外国的研究成果做一下大致的讲述，以对我国的钢结硬质合金工业的研究贡献一点微薄之力。1.2.2钢结硬质合金的制备方法 钢结硬质合金的制备方法大概分为两大类：一类是固相法，另一类是液相法。固相法：固相法是指利用固态金属元素制造硬质合金分方法，它的主要原料是合金粉末。粉末冶金法还一个别名叫做固态金属扩散法，是将金属粉末和增强颗粒进行机械额混

15、合在一起后，在一定高的的压力和温度条件下进行烧结和压制成型的。液相法：液相法是指金属在熔融态时和固态的增强颗粒溶合在一起的方法，它主要可以分为挤压铸造法、电冶熔铸法、搅拌铸造法、离心铸造法等5种。挤压铸造法：是指在机械压力的作用下将基体金属液和增强颗粒混合凝固而成型的一种方法。电液熔铸法：是指包括铸件凝固成型以及电渣熔铸这两道不同的生产工艺。c、搅拌铸造法：适用于工业中大量的生产钢结硬质合金的一种常用方法，它的生产原理是在基体金属溶液中加入经过处理的增强颗粒，通过高速搅拌或者磁场作用使增强颗粒均匀分散开来，然后浇铸成型。d、离心铸造法：这种方法适用于制造对表面有特殊要求的零部件。根据生产的零件

16、的工艺要求在铸型中加入基体金属液，在离心力的作用下，使增强颗粒均匀的分布在铸件的表面。e、共喷沉积法：其原理是基体金属液喷通过特殊的喷嘴将其喷射出去，在不同种类惰性气体的作用下雾化成极其细小的液态金属微粒，并和增强颗粒一起在铸件底部沉积凝聚而成的复合材料。1.2.3稀有元素对钢结硬质合金的影响 稀土被称为“新材料宝库”和“工业维生素”，因为他们具有一系列相对来说比较特别的性质，现在已被广泛应用到航空材料、冶金材料、电子学、光学、化工、机械等行业。 由于稀土元素具有独特的物化性能和较高的化学活性，在一定的条件下能产生原子极化，稀土在硬质合金的生产和制造中具有独特的作用。按一定比例和方式将稀土元素

17、添加到一般的硬质合金钢中，既有效的优化了组织也提高了硬质合金的机械性能，使合金的强度有了很大的提高，同时也能提高塑形相。精华晶界、细化晶粒来提高韧性。由许崇海、艾兴的研究结果可以看出，添加稀土元素能有效的提高合金钢的硬度，例如：稀土元素钇可以提高合金钢0.2-0.5HRA硬度。制造TiC的原材料用的最多的是碳黑和二氧化钛，这两种相对来说用量较多的原材料价格低廉资源丰富，由于TiC密度比较低（仅是WC的三分之一），TiC钢结硬质合金的密度相比较而言也比较低，一般为6.5g/cm3，这对于用于制造高速旋转的灵剑士非常有利的，正是由于这么多好的特性，对TiC钢结硬质合金来说，提高某些性能是非常必要的

18、，研究表明在TiC钢结硬质合金中添加某些稀土元素能有效的提高它的综合性能。稀土元素在钢结硬质合金中起着不可替代的作用，能有效的提高钢结硬质合金的综合性能。1.2.4钢结硬质合金的应用在近年发展起来了一种新型的硬质合金钢钢结硬质合金，由于其优异的性能，在工业生产中得到了广泛的应用（如：切削刀具、模具、耐磨零件等）切削刀具：高速钢在耐热性和耐磨性上都不如钢结硬质合金。因此，他有效的填补了现有高速钢和硬质合金钢二者在性能上的缺陷，故它可以被用来制造铣头、滚刀、拉刀等刀具，以便用于加工有色合金钢、耐热钢、不锈钢，并且效果比较好。模具：钢结硬质合金在机械方面可用于制造拉丝模、冲载模、拉管模、拉伸膜、冷（

19、热）墩模、挤压模等。中低碳钢结硬质合金（如TC-65）的性质是耐热性较低、硬度大，常用于部分无屑金属冷加工工艺。钢结硬质合金由于它的韧度和高强度，比一般的无钨硬质合金要好，具有较强的抗粘附磨损性，因此可用于在短时间内的无润滑的摩擦，（如气体动压轴，工作环境是在真空中无润滑剂的轴承和其他润滑表面）。牌号 特点及其适用方面 GW1具有较为合理的机械性能和耐磨性。应用冷锻，成型，冷挤压，拉拔模具及各种耐磨零件，工具和切削量卡工具和剪切等。 R5有很高的硬度和具备比较好的耐磨性，具有很鲜明的回火二次强化表象，抗氧化、抗回火和抗腐蚀性。适用于中高温热作模具和抗氧化、腐蚀和耐磨同时要求的工作，如刮片和密封

20、环。 TM52拥有加工硬化、电弧焊接和耐打击的特征，可磨削但不可用于机器加工的钢结硬质合金。常用于制作抗冲击钻具的钻头和耐磨零件。 TM60具有和TM52相似的物化特性，和TM52的应用范围大体相同。1.3电渣重熔钢结硬质合金概述1.3.1电渣重溶的原理及特点（1）原理：所谓的电渣重溶能够看做是用电加热进行的熔渣精练金属的一种方式。 它的建造经过是在铜制的水冷结晶器中加入液态或固态的炉渣，将自耗电极的一头尖端插入水冷结晶容器中。当自耗电极、炉渣和底水箱经过变压器与短网构成供电回路时，即可有电流从变压器另外一端输出，通过液态熔渣。在上面的供电回路中，熔渣的电阻相对来说是比较大，占据了变压器的二次

21、电压的90%以上的电压降，从而在渣池中产生很大的热量，使其处加热到高温熔融状态。因为熔池内的温度远远高于金属的熔点，从而使自耗电极的端部渐渐加热熔化，熔化的金属构成金属熔滴，在重力的功用下使金属熔滴从电极的一端滴落到金属熔池，由于水的冷却结晶作用，使金属熔液逐渐凝固成钢锭，在正常的重熔期阶段，电流从电极的一端进入熔池后，通过金属熔池、钢锭再通过底箱和短网回到变压器。因为液滴的构成、电极的熔化和滴落等一系列的经过，金属熔池内的金属和炉渣之间要发生一系列的物化反应，从而消除金属中的杂质和非金属物质。钢锭由上而下慢慢凝固，金属熔池也在不断慢慢上移，上升过程中的渣池使水冷晶器的内壁和钢锭两者之间形成一

22、层渣壳，它不但能使钢锭的表面平滑光洁，并且也能使径向的导热性能下降，有利于自上而下按顺序的结晶，改进钢锭里面的结构组织。（2）特点：a、金属的熔化、浇铸、以及凝固都是在一个比较纯净的环境种完成的。b、具有较好的冶金反应的动力学和热力学条件。c、自下而上的次序结晶前提，保障了重熔金属结晶组织的均称的致密性。d、在钢锭和水冷结晶器两者之间构成薄而平均的渣壳，具有确保重熔钢锭外表的光洁性的功用。1.3.2电渣重熔技术在中国的发展及应用1958年9月初我国的冶金部建筑研究院电渣组在研究电渣焊焊接轧机机架时,为了消除焊缝热裂缝,采用在低碳钢板上涂铁合金粉末作自耗电极,在进行电渣焊时,获得了成分和内部结构

23、比较均匀的合金钢焊缝，因此受到启示,于1958年12月9日将铁合金粉末涂在碳钢棒的一端作自耗电极,采用高炉风管作水冷结晶容器,冶炼出了合金工具钢。 1961年11月全国第1届电渣冶金会议在重庆召开了,总结了大批量生产合金工具钢的经验,并推荐了单臂固定式和双支臂电极交替连续抽锭这两种炉型,成立了全国电渣冶金协会。1963年底我国的冶金部将设备调入了钢铁研究院并筑建研究院电渣组,延续采用同位素去除的方法研究电渣重熔过程去除夹杂机理,并研究新的炉型三相电渣炉,分别为为齐齐哈尔10t三相电渣炉、上钢三厂板坯电渣炉的、太原钢铁公司515t三相电渣炉建立提供技术设计。1964年6月我国的冶金部又一次在重庆

24、召开了第2届全国电渣冶金会议。这时全国各地的工业电渣炉已经达到了21台,生产钢的种类高达54个之多,会议研究了三相电渣炉存在的一些弊端和问题,拟定了各项电渣重熔技术的各项经济技术指标,提出电渣重熔生产车间化。1960年北京量具刃具厂在北京钢铁学院帮助下建立了单相双极有衬电渣炉。 1965年初在上海重型机器厂组建了1台三百吨电渣炉,后因技术指标达不到规定要求，自耗电极采用螺丝联接重熔时掉块,影响铸锭质量而被拆除。北京钢铁学院与上海重型机器厂合作,在1981年的时候创建了二百吨级别的电渣炉,结晶器直径长达218m,实际生产锭重可达到二百零五吨。德国萨尔SaarstahlGmbH钢厂的电渣炉,它的结

25、晶器直径为212m,重熔最大锭重约为65t。前苏联在新西柏利亚曾经建了一个250t的电渣炉,延续10年之久,最终因技术原因而终止。最近美国Consarc公司为日本提供了一台大电渣炉,锭重为100t。在1988年4月美国圣地亚哥召开的第9届国际真空冶金会议上,讨论了全世界在19611988年的27年间对特种熔炼做出突出贡献的36个单位,中国占了3个,它们是:钢铁研究总院、上海重型机器厂、北京钢铁学院；对38名有突出贡献的个人授奖,中国有5人:李正邦、刘海洪、朱觉、林宗棠和傅杰。并争取到了在1990年的国际会议在我国召开，1990年8月在潍坊召开了我国第6届电渣冶金会议,总结了30年来的我国在电渣

26、冶金方面的经验和成果。电渣重熔合金钢广泛用于轴承钢、高速钢、高温合金的强度高、耐高温、耐腐蚀、以加工的工具材料的应用。1.4论文研究目的及意义在钢结硬质合金的研究目标和近况可知，在与发展趋势的钢结硬质合金的现状研究，它继承了所有的优势，钢和硬质合金包括：高耐磨硬质合金，高强度、高硬度，以及钢的可加工性、可焊接性和可热处理性。但是由于现在的钢结硬质合金的制作工艺还不成熟，而且对钢结硬质合金的影响因素还没有完全搞清楚，所以本文对因硬质合金钢进行了一些研究，并对研究过程存在的问题进行了讨。目前国内在这方面的研究不是很成熟，我们希望通过这次研究能对热处理工艺及钢结硬质合金的性能有一些了解和加深，以后能

27、更好、更快的从事这方面的工作，为以后我国在钢结硬质合金中的发展贡献一点微薄之力。1.5研究内容及技术线路1.5.1研究内容 本实验包括以下几个主要研究内容： （1）电渣重熔DT40钢结硬质合金的热处理研究 高耐磨性，高的硬度和钢合金的刚度与硬质合金和钢，热处理，在钢的热处理工艺结硬质合金，硬质合金相不变，只是粘结相（钢）的组织结构会发生相应的变化，从而能使整个合金的物化性能发生变化。 （2）DT40钢结硬质合金的金相组织硬的钢结硬质合金氮化物，硼化物，碳化物相复合，复合合金钢的粘合剂，其用途广泛，特别是用于制造的工具，并且钢结硬质合金能够经过采取不同温度的淬火+回火工艺来提高其机能，将试验获得

28、的样本放在万能试验机上进行弯曲实验和冲击实验，来测试其抗弯强度和冲击韧性，在洛氏硬度机上测试其硬度，在磨损试验机上测试其耐磨性。在MM6型显微镜下察看金相组织，在电镜下观察组织描摹和断口，在X射线上进行物相分析和残余奥氏体的测定。在一系列的实验结果下，对钢结硬质合金的组织及性能进行分析，的出实验结论。1.5.2研究线路 切割实样淬火磨抛测硬度回火 结论镜像磨擦磨损测硬度磨抛第2章 实验原料及试验方法2.1实验原料80-1400型号沙纸、抛光粉、DT40钢结硬质合金、它的主要成分是5CrNiMo其化学成分（GB1299-1985）w/%：CCrNiMoSiMnSPWC0.30.30.150.10

29、.030.020.030.020.3-0.4在本试验中用条块形试样做硬度测试和成分、金相等其他试验进行分析。2.2试验设备电渣重熔DT40钢结硬质合金材料试样、磨抛机MOPaoTM 160E、HR-1500洛氏硬度计、硬度测验仪HARDNESS TESTER TIME TH300、SX2-4-1箱式电阻炉、数码显微镜OLYMPUS(奥林巴斯)、脱脂棉、酒精、硝酸、表面粗糙度测量仪、电火花切割机、XRD分析仪光学显微镜、电子分析天平、多功能摩擦磨损试验机等等。2.3性能测试方法2.3.1密度和相对密度在钢结硬质合金研究实验和生产中，所有的材料都要进行密度测试，因为密度的大小可能直接影响结烧制品的

30、质量。根据阿基米德原理 相对密度是材料致密程度的重要体现，在很大程度上能反应结烧的质量，同时对结烧材料的性能和组织都有很大的影响。 2.3.2显微硬度硬度测试仪器（如下图1）：洛氏硬度实验法 图1硬度测试方法：将冷却至接近室温的试样在砂轮机上打磨，去掉表面氧化层。用80#-360#砂纸将试样表面磨平。然后，将样品放在洛氏硬度计（型号HR-1500）的载物台上，采用洛氏硬度C标尺盘测量样品硬度（硬度计压头为金刚石，量程20-70HRC，加载载荷为150kg）。在试样上不同位置取5-6个点，若这几个点硬度值相差不大说明组织较为均匀，测3组样品，最后对测量值求其平均值。2.3.3耐磨性试验步骤：1.

31、用丙酮在超声波中清洗试验材料，然后用脱脂棉球对磨抛的平面进行擦拭，最后用热风吹干待用;2.将试验材料安装在夹具中，并固定在摩擦试验机；3.先进行表面粗糙度的测试；4.用双面胶把圆盘固定于摩擦试验机；5.在实验载荷和速度下，开动电动机驱动主轴转动；6.试验时间达到设定时间时，关掉电源，卸去载荷取出试样并清洗试样表面；7.用光学显微镜进行测量材料的磨斑直径，以及显微镜观察圆盘的磨痕宽度及其深度，取其平均值。将钢结硬质合金材料的式样用电火花切割机（如图2） 图2进行切割，切成大概为10mm10mm10mm的小方块，对表面进行处理（粗磨、细磨、抛光等），采用M-2000型的摩擦磨损试验机进行测试钢结硬

32、质合金的耐磨性（如图3） 图3载荷为5Kg，试验时间分别为0.5、1、2、3和4h，磨损参考量主要有体积磨损量（V）和磨损率（），其表达式为： 在一定条件下，在给定的磨损时间内，材料的磨损率的表达式为： 2.4组织结构分析方法2.4.1X射线衍射分析方法实验原理 布拉格方程：2dsin=n l 本论文中所做的XRD分析主要是为了分析合金中的物相，实验室吧抛光后的合金试样在X射线分析仪上进行衍射分析，为了能够确定合金中具体的碳化物相，又把钢结硬质合金经萃取得到的颗粒进行了XRD分析。实验步骤：1、开总电源。2、开电脑，开循环水。3、安装试样，设置参数，并运行Xray衍射仪。4、Xray衍射在电脑

33、上生成相应的数据，并保存数据。5、利用orgin软件生成Xray衍射图谱，并依次找出峰值的2，并与书本中的标准图谱比较，比对三强线的2，确定试样中存在的相。采用德国的D8 ADVANCE型号的X射线衍射器（如图4）， 图4对钢结硬质合金的组织进行物相分析，测试参数为：Cu靶，电压用40KV，波长=1.54056A的波长，扫描步长为0.02，烧苗速度为2度每分钟，扫描角度20-80度，室内温度25.扫描后可根据得到的X射线衍射图与Hanawalt索引卡片相对比，查处相应的物相，进而能得到钢结硬质合金的物相结构。2.4.2金相显微镜分析方法 金相实验分析是对材料的组织和结构进行分析，是进行材料研究

34、的主要手段，本实验采用的是2084电子显微镜（如图5）金相显微镜观察和 图5分析钢结硬质合金的金相组织，金相实验分为金相制备和金相组织分析这两个过程，制备金相试样是通过打磨、抛光等步骤，然后进行金相组织分析。样品的磨光:用一套金相砂纸（包括80# 180# 360# 800#）在玻璃板上先粗后细逐步磨光，值得注意的是每换上细一些的砂纸时，将方向转换90，以便于更好的观察原磨是否消除情况。最后，将样品在磨光机上进行磨光，注意手持样品应用力均匀。显微组织的观察：将抛光好的样本表面，直接放在显微镜下察看，应满足基本上木有磨痕和磨坑。本试验选用的是化学腐蚀法，将腐蚀液（腐蚀液的构成为5%硝酸酒精）和纯

35、酒精同时倒在一个玻璃器皿中，用竹夹子夹脱脂棉、蘸取少量浸蚀液在样品外观擦拭，当光洁镜面呈浅灰白色时，当即用水清洗，并用酒精擦洗后再用吸水纸吸干。2.4.3扫描电子显微镜分析方法采用FEI QUANTA200型的扫描电子显微镜观察粉末的形状，合金的表面结构以及断口的形貌，并结合能谱仪对式样进行化学成分分析，以此分析钢结硬质合金的材料成分和物相结构分布，研究各种工艺手段对制备钢结硬质合金组织结构的影响。2.5本章总结 本试验重点考察950淬火及高温回火工艺对DT40钢结硬质合金铝力学性能的影响及其显微组织变化情况。在淬火后对DT40钢结硬质合金的显微组织和力学性能进行分析。根据淬火温度点和对其组织

36、、性能的研究要求组合成5个试验方案。5个试验方案分别考察了DT40钢结硬质合金球化退火前后的显微组织、硬度及力学性能变化和成分的改变。为取得较为准确的结果，应进行多次试验测定，取其试验结果的算术平均值作为最终结果。本试验重点考察950淬火度高温回火工艺对DT40钢结硬质合金铝力学性能的影响及其显微组织变化情况。在淬火和高温回火后对DT40钢结硬质合金的显微组织和力学性能进行分析。根据淬火温度点和对其组织、性能的研究要求组合成5个试验方案。5个试验方案分别考察了DT40钢结硬质合金球化退火前后的显微组织、硬度及力学性能变化和成分的改变。为取得较为准确的结果，试验时多次测试，取其试验结果的算术平均

37、值作为最终结果。第3章 淬火回火工艺、组织性能研究及数据分析3.1DT40钢结硬质合金的淬火回火工艺对组织性能的影响3.1.1950度淬火工艺的影响淬火及回火用的加热炉：箱式电阻炉（如图6） 图6淬火：淬火是对金属和玻璃材料进行的一种热处理工艺。钢结硬质合金的淬火是将其加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或者Ac1（过共析钢）以上的温度，在箱式电阻炉内950度保温一段时间，使全数或局部的奥氏体转变，而后再以大于临界点的冷却速率迅速冷速到Ms以下，进行马氏体和贝氏体之间转变的热处理工艺。淬火前硬度数据整理：（单位：HRC）式样硬度点12345平均值14646444545.545.3245444546

38、4745.4345464645.54545.5总平均45.3+45.4+45.5=45.4淬火后硬度数据整理：(单位HRC)式样硬度点12345平均值1605859616059.525959606161603585758605958.4总平均59.5+60+58.4=59.3 数据分析：DT40钢结硬质合金的硬度在淬火前后的硬度分别为45.4和59.3，对比可得出结论：钢结硬质合金在淬火前后会硬度会有明显的提高。3.1.2高温回火工艺的影响回火：一般用于淬火过后进一步处理，淬火后再进行高温回火的工艺手段在工业中被称为调质，在社会工业生产中有较为普遍的应用。高温回火温度的限度大概为500-650

39、摄氏度之间，在这个温度区间内有利于完全消除合金中的内应力，能很好的提升金属的可塑性和韧性。DT40钢结硬质合金回火后的硬度一般在45-55HRC之间，回火后的结构组织为回火索氏体。一次回火后的硬度数据：（单位：HRC）式样硬度点12345平均值1515053515251.42525152505351.63535153505251.8总平均51.4+51.6+51.8=51.6二次回火后的硬度数据：（单位：HRC）式样硬度点12345平均值150495050515025150504950.550.135149.5524950.550.4总平均50.4+50.1+50=50.2 数据分析：淬火完成

40、后的硬度为59.3，淬火后进行了一次回火工艺，硬度变为51.6，较比一次回火前有所降低；二次回火后硬度相较于一次回火后变化比较小，硬度只降低了一点点。3.2DT40钢结硬质合金的组织及性能研究分析3.2.1硬度分析 DT40钢结硬质合金在淬火和回火工艺进行后，它的硬度发生了变化，在淬火后硬度变大，其原因是淬火后钢铁工件在淬火后具备以下特征：获得了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不稳定构造。存在较大内应力。在回火后硬度变低，其原因是:回火提升组织稳定性，使工件在使用过程中再也不产生组织变化，从而使工件尺寸和性能保持稳定。解除内应力，以便改进工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。3.2.2耐磨性分析一次高

41、温回火后的实验数据和图像：试验力(N)100主轴转速(r/min)50试验时间(s)1207.8试验转数1000试验温度(C)0摩擦力(N)2.414二次高温回火后的数据和图像：试验力(N)100主轴转速(r/min)50试验时间(s)1207.8试验转数1000试验温度(C)0摩擦力(N)5.095 分析：通过一次和二次高温回火工艺的处理后，在试验压力为100N，主轴转速为50r/min，试验时间为1207.8s，试验转速为1000r，试验温度为0C，这些数据都一样时一次高温回火的摩擦力为2.414N，二次高温回火后的摩擦力为5.095N。一次回火后在做摩擦磨损试验时，摩擦力变化比较大，摩擦

42、系数的变化范围也比较（原因很可能是我在磨抛过程中做的不是很好，导致表面不光洁），相比二次高温回火，这些数据都没有二次回火的数据稳定，所以，在进行回火的时候，进行二次回火更能提高钢结硬质合金摩擦磨损的各项性能。3.2.3X射线衍射分析一次回火后的X射线衍射分析：二次回火后的X射线衍射分析：通过两次回火后X射线衍射图谱对比我们发现，淬火后WC能很明显看出来，且含量变多，在回火过程中WC硬质相发生了变化，WC硬质相变少，回火降低了硬度效果。两次回火前后对比，马氏体量增多，尤其是板条状马氏体含量的升高，对组织的抗摩擦能力的提高效果显著。一次回火后的奥氏体相对含量明显要比二次回火后的奥氏体含量要少，这也

43、正是二次回火后材料硬度比一次回火低的根本原因。选择合适的热处理工艺对材料的硬度和力学性能有很大影响。3.2.4金相组织分析一次回火后的金相组织图： 100倍 200倍 500倍 1000倍二次回火后的金相组织图： 100倍 200倍 500倍 1000倍 根据上面的图片可以得出:在950度一次和二次高温回火后，会出现回火索氏体，也会出现残余奥氏体，但经过二次回火能更好地消除残余奥氏体。固然钢结硬质合金中的含碳量不高，但因为合金中含很多的W及其合金元素，在合金中出现了明显的骨胳状或者鱼骨状的奥氏体组织（见上图) 。在电冶溶铸的过程当中，熔融钢液冷却时，液态相转变为奥氏体，同时也析出合金渗碳体，它

44、们是以未熔融的WC做核心，不断的长大；当合金全部熔融时，则在熔融部分出现奥氏体。金相图片出现黑白相间的现象，里面的白色区域为碳化物的聚集部分，不容易受到5%的硝酸酒精的影响，所以为白色，粘结相是钢基体，他在受到硝酸酒精的影响会变黑，有助于对组织进行观察。在上面的两次回火中，析出了细小的碳化物颗粒越来越多，次钢结硬质合金的耐磨性，耐腐蚀性，抗弯强度，都会升高。第4章 结论 DT40钢结硬质合金在950淬火高温回火两次的情况下，钢结硬质合金的组织结构性能都会发生变化。 首先，硬度的变化，淬火后硬度会变大，但是其他的物化性能不是很强（如抗弯强度、耐腐蚀性、耐磨性等），回火后硬度会变低，但是其他的综合性能会增强。其次，摩擦因数的变化，通过一次和二次高温回火工艺的处理后，在试验压力、主轴转速、试验时间、试验转速、试验温度这些条件相同的情况下，一次