粉末冶金高速钢的热处理及其连续冷却转变曲线特征.pdf

第 2 1卷第 4期 2 0 1 1年 8月 粉 末 冶 金 工 业 P OW DER M E TALLURGY I NDUS TRY Vo 1 ． 2 1 No ． 4 Au g．201 1 粉末冶金高速钢的热处理及其连续 冷却转变曲线特征 吴元 昌 成 都工 具研 究所 ， 四川 成都6 1 0 0 5 1 摘要 论述 了粉 末 冶金 高速钢 的化 学成 份 ， 显微 组 织 特 点其 热 处理 主 要 参数 ， 及 淬 回 火后 组 织性 能。通 过连 续冷 却转 变曲线解释 了粉末 冶金 高速 钢 必须 注 意过 共 折 碳 化物 的 析 出， 及 其 对 淬 回 火韧 性 的影响 。 关 键词 粉 末 冶金 ； 高速钢 ； C C T 曲线 中图分 类号 T F 1 2 5 文 献标识 码 A 文章编 号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 1 1 O 4 0 0 2 0 0 7 THE H EAT TREATM ENT AND CONTI NU OUS COOLI NG TRAN S F0RM ATI ON CU RVES OF POW DER M ETALLURGY H I G H S PEED STEEL W U Yua n - c ha ng C h e n g d u T o o l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h e n g d u 6 1 0 0 5 1 ， C h i n a Abs t r a c t Che mi c a l c o m p os i t i on， mi c r os t r uc t ur e， ma i n he a t t r e a t m e nt p a r a m e t e r s a nd me c ha n i c a l p r op e r t i e s o f p o wde r me t al l u r gy hi g h s pe e d s t e e l a r e de s c r i be d i n t hi s pa pe r ． Th e e f f e c t o f p r e c i p i t a t i o n o f pr o e u t e c t o i d c a r b i d e o n t ou gh ne s s wa s e xp l a i ne d by c o nt i nu ou s c o ol i ng c ur v e s， a n d i t ’ S v e r y i mp or t a nt t o PM h i gh s pe e d s t e e 1 ． Ke y wo r d s p owd e r m e t a l l ur g y； hi gh s p e e d s t e e l ； c o nt i n uo us c o ol i n g t r a ns f or ma t i on c u r v e s 粉末冶金高速钢 P MHS S 在我国的使用是随 汽 车 和模 具 行 业 的 发 展 而 兴 起 的 ， 不 过 7 8年 。 2 0 0 9年进 口量约为 3 0 0 t 。在我国若干高端刀具领 域 ， 如高速齿轮滚 刀和汽轮机 转子叶根槽精铁 刀 ， P MHS S已成为不可替代的刀具材料。P MHS S的 化学成份和金相组织不 同于普通高速钢 HS S ， 需 注意 其热处 理 特 点 ， 以求 最 佳 效果 。兹 根 据有 关 资 料[ 1 儿 ] 汇编此文， 以供 P MHS S刀具生产者和使用 者参 考 。 1 P MHS S的化学成份特点 P MHS S化学成份的特点为高碳 和高合金量 ， 特别是高钒 V／ - 2 ． 6 9 ／ 5 ， 高钴 C o ≥5 及 高碳 饱 和度 A 见表 1注 ， 从而保证了粉末冶金高速钢的 高性能。法 国 E r a s t e e l 厂 E厂 的 9种金属切削刀 具用 P MHS S中， 高钒者 8种 ， 高钴者 7种 ， A值 皆 超过 0 ． 9 0 。由于高 A值 ， P MHS S皆能淬回火到较 高硬度。表 1中列 出 3种最 常用 的 P MHS S ， 以说 明上 述成 份特 点 。 2 P MHS S的显微组织特点 P MHS S成品钢材不论 尺寸大小 ， 其 断面上碳 化物分布均匀 ； 碳化物颗粒尺 寸细小 ， 绝 大多数 为 1 ～3／ a m， 个别最大不超过 5 g m。退火组织的碳化 物不均匀度 ， 不分钢材外径 ， 尺寸大小皆为 1 级优 良 碳化物不均匀度 ， 有利于热处理 。 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 0 8 作者简介 吴元昌 1 9 2 7 一 ， 男 汉 ， 上海市 人， 研究员级高级工程师 ， 主要从事刀具材料应用研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 吴元 昌 粉末冶金高速钢的热处理及其连续冷却转变曲线 特征 21 注 *平衡碳 C p 0 ． 0 3 3 W- - 0 ． 0 6 3 Mo 0 ． 0 6 c r O ． 2 V， C为实 际含碳量 ， 碳饱和度 AC ／ C p 普通 HS S断面上碳化物分布是不均匀 的， 愈 向中心愈 严 重 。碳 化物 不 均匀 度 从 ≤ 4 0 mm 的 3 级到2 O 0 ～2 5 0 mm 的 8 A一7 B级， 其大颗粒碳化 物尺寸在 1 2 ～1 8 p ． m。大尺寸刀具的淬火温度必需 适当 降低 ， 以避 免在 碳化 物 堆 聚处 产 生过 热 ； 而 P MHS S大 尺寸 刀具则 不 必考虑 此 点 。 3 P MHS S热处理后 机械性 能特点及 其硬度 的选择 P MHS S淬回火后有优 良的机械性能。文献[ 3 中详 细对 比了横 向及 纵 向取 样 的 6 5 HRC的 M2及 AS P 2 0 2 3 第 2代 和 6 7 HRc的 M4 2及 AS P 2 0 3 0 第 2 代 的抗弯强度 ， 二者相差达 1 ～2 倍 。横向取 样 6 7 HR C的第 3代 A S P 2 0 3 0 ， 其抗弯 强度 4 2 0 0 MP a 为 同硬度 M4 2 1 2 5 0 MP a 的 3 3 6 。 P MHS S的纵 向／ 横 向抗弯强度 比值可大 幅减 少 ， 声 1 O O mm 钢材 的 比值从 普通 HS S的 2 1 0 ～ 2 9 0 降到 P MHS S的 1 2 0 ～1 3 5 ， 所 以大尺寸 、 高应力 刀具应使用 P MHS S 。高硬度 6 6 6 7 HR C P MHS S的冲击韧性是普通 HS S ～M3 5 5 C o 和 M4 2 8 C o 的 2～ 3倍 。 E r a s t e e l厂 极 强 调 P MHS S 的此 优 点 ， 在立 铣 刀切 削 试 验 中 6 7 HR C AS P 2 0 3 0钢立铣刀的微崩刃面积可 比 6 6 HR C M3 5 钢 的减少 一半 ， 因 P MHS S立 铣 刀 刃 口上 无 产 生 微 崩的过大碳 化物粒子 ， 且材料 韧性 好。E r a s t e e l 厂 提出了表 2 ， 供由普通 HS S改用 P MHS S做刀具选 择硬 度变 化 时的参 数 。 表 2从 刀具 失效 方式考虑 P MH S S刀具硬 度 刀 具 现 用钢号 刀具失 效方式 改用 的 P MHS S钢号 ASP 2 0 2 3 AS P2 0 3 0 AS P2 0 5 2 注 若原 6 5 HRC M3 5刀具易磨损 ， 可改用 AS P 2 0 3 0钢， 硬度十 2 HR C为 6 7 HR C 4 P MHS S的盐浴淬火热处理 4 ． 1 预 热 推荐采用 3次预热 。5 O 0 ～6 0 0 ℃一8 O 0 ～8 5 0 ℃ 一 1 0 0 0 ～1 0 5 0 ℃， 采用第 3次 1 0 5 0 ℃预热可 比只 用 2次预热 8 5 0 C 缩短高温加热时 问 2 0 ， 并能 减少高温时工件表面脱碳的危险性 。 4 ． 2 高温淬火加热 4 ． 2 ． 1 淬火加热温度 刀具设计者根据使用要求选定合适的钢种和硬 度 。各种 P MHS S在说 明书中有淬火 温度一 回火 温 度一 淬 回火硬度 曲线 。“ AS P 2 0 5 2 S 3 9 O 钢 的此曲线 见图 1 ， 根据所需 的淬 回火硬度可从图 1上选定淬 火温度 。与此曲线 配套 的还有” “ 冲击韧性一 淬火温 度 曲线” 和“ 抗弯 强度 ， 弹性屈 服强度 和破 断功 曲 线” 。在影响 HS S工件淬火质量的淬火温度和加热 时间这两个因素中， 无疑淬火温度 的影响是首要的 ， 加 热时 间 的影 响 是第二 位 的 。 4 ． 2 ． 2 淬火 加热 的测 温 高温盐浴的测温应采用快速反应温度变化 的 S 型铂铑 P t R h P t 热电偶配 以高速控温器 ， 以快速平 稳控制炉温。国产 S型热电偶高温炉使用寿命现达 6 0 0～ 1 0 0 0 h 篁 2 4 0 p 2 0 0 1 5 o 1 O 0 图 1 A S P 2 0 5 2 S 3 9 0 钢的淬火温度 、 回火温度、 淬回火硬度 曲线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 粉末 冶金工业 第 2 1卷 4 ． 2 ． 3 淬火 高 温加热 时 间 本文 以浸入时间计 ， 即从工件放人高温盐浴到 从高温盐浴取出这一段时间 ， 包括 了加热和保温 时 间之 和 。整个 浸入 时 间决 定 于工 件壁 厚及 选用 的淬 火温 度 。 E r a s t e e l 厂推荐的 P MHS S淬火温度浸入 时间 见图 2和表 3 。因它对应 2次预热到 8 5 0 ℃， 其高温 浸入时间比 B 6 e h l e r 厂的相应值长 。在淬火温度下 碳化 物 的溶解 到一 定 时 间后 会 达 到平 衡 状 态 ， 此 后 无碳化物进一步溶解 ， 因此过多 的保温时间是 不必 要的。合金元素在奥氏体中的扩散率随温度的升高 而增加 ， 故保温时间可随淬火温度的升高而缩短， 在 1 1 8 0 ℃和 1 1 5 0 ℃的保温时间分别推荐 为 4 5 S和 6 0 S 。对 AS P 2 0 2 3的淬 回火后 抗 弯试验 说 明， 在 3 0 rai n 保温时间内， 对其抗弯强度 ， 抗弯破断功和挠 度值没有影响[ 1 ] 。 B O e h l e r 厂推荐的 P MHS S淬火浸入时间与普 通 HS S的一致 ， 经 3次预热到 1 0 5 0 ℃后 ， 其高温浸 入时间见表 3 。8 0 S 保温时间 比较安全 ， 1 5 0 S 保温 时间为上限， 可使全部二次碳化物溶入基体 。 5 0 1 0 0 工件壁厚 直径 ／ mm 表 3 P MH S S淬火 加热的浸入时间 s 工 实 心 1 o 2 o 3 0 4 o 5 o 6 o 工 件 壁 厚 ／ m m Er a s t e e l J ． ． 1 5 0 2 5 0 3 6 0 4 8 0 6 0 0 8 5 0 ～1 1 8 O ℃ 4 5 s 保温 B 6e h l e r广 1 O 5 O ℃～1 2 4 O ℃ 8 O s 保温5 1 6 O 2 1 O 2 7 O 3 3 0 1 5 0 s 保温 1 8 0 2 3 0 2 8 0 3 4 0 4 0 0 4 ． 2 ． 4 P MHS S淬火晶粒度变化的特点 B O e h l e r 厂 3 9 0钢 AS P 2 0 5 2 的淬火晶粒度变 化见图 3及表 4 l_ 4 ] 。图中使用 S G晶粒度 S G晶粒度 指放大 1 0 0 0 倍下 ， 一条 1 2 7 mm长直线与多少奥氏 体晶粒相交 。此标准通用于欧美 。P MHS S淬火晶 粒尺寸 变化 的特点 是 晶粒 比较 细 。这 与 其钢 中碳化 物颗粒数量多有关 。该钢最高淬火温度为1 2 4 0 ℃， 其晶粒度为 S G 2 3 相当我国 1 1 ． 6 ， 我国使用图片对 比法测量晶粒度 ， M2钢一般淬火控制在 1 O 晶粒 ， 且 在 1 1 5 0 1 2 4 0 ℃范围 内晶粒尺 寸变化不 大 。我 国 许多工具厂习惯以 HS S工件淬火晶粒度调控淬火温 度 ， 在这里应特别指出的是这种方法对 P MHS S是不 适用的。国外工具厂对高速钢的热处理是按淬火温 度而不是按淬火奥氏体晶粒度。 梨 咯 0 I 盛 凸 图 3 s 3 9 0 P MH S s淬火温度与晶粒度变化 * 实测值 ； 散布带 图 2 E r a s t e e l 厂推荐奥 氏体化 工艺 表 4 P MH S S 3 9 0淬火 晶粒度 的变化 钢号 淬火温度／ c 1 1 5 0 1 1 7 0 1 2 0 0 3 9 0 S G晶粒度 2 3 ． 5 2 3 ． 5 2 3 ． 5 AS P 2 0 5 2 我国晶粒 度／ 号 GB 6 3 9 4 1 1 ． 8 l 1 ． 8 1 1 ． 8 M2 S G晶粒度 1 5 1 3 ． 8 1 3 C--O ． 9 我国晶粒 度／ 号 GB 6 3 9 9 1 0 ． 5 1 0 ． 1 1 O 4 ． 2 ． 5 高温盐浴 ， 脱氧及脱氧情况的检查 建议淬火高 温盐浴使 用 9 5 ． 5 B a C 1 4 ． 5 Mg F z 盐。Mg F 是很好的高温脱氧剂 ， 有持久性 。 盐浴脱氧 良好 与否 的检查 ， 建议 用 厚度 0 ． 0 3 mm， 含碳量 1 9 ／ 6 ， 尺寸 8 O 2 5 ～3 0 mm 的钢箔 ， 在 1 2 0 0 C盐浴中加热 5 rai n后迅速 淬盐水。冷后 的 钢箔用手弯折 ， 若为浴玻璃状脆断 ， 则钢箔残余含碳 量在 0 ． 5 ％之上 ， 此盐浴脱氧情况 良好 ， 可用。若钢 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 吴元 昌 粉末冶金高速钢的热处理及其连续冷却转变 曲线特征 23 箔弯而不断 ， 则此盐浴需进行脱氧。但对有严格淬 后脱 碳 要 求 的工 具 ， 则 要 求 淬 后 钢 箔含 碳 量 为 0 ． 8 ％或 0 ． 9 之上。现上述钢 箔可 自深圳 购得 。 此法 比现用的化学分析盐浴 中 B a O- 0 ． 5 来定脱 氧情况要快捷 、 直接、 方便得多。 4 ． 3 分 级冷却 P MHS S工件 淬 火 加 热 后 ， 应 迅 速 移 人 5 0 0 ～ 5 5 0 ℃， 有对流的分级盐浴中进行冷却 。要尽量减少 工件 奥 氏体 中过 共 析 碳 化 物 P E C ， 也 有 译 先 共 析 碳化物 ， 在冷却过程 中的析出 P E C析出于奥氏体 晶 界及相界等边界上 ， 主要是 Mc和 M c。这种析出 在油冷时也难避免。5 5 0 ℃盐浴 的冷却能力见 图 4 a ， 5 b a r真空炉 的冷却能 力见 图 4 b 参见 5 ． 1 节 。工件冷到分级温度后即可取出空冷 ， 考究 的工 厂空冷时将工件悬挂在大空铁箱中进行 。每个卡具 上 吊挂 的工件 数量不 宜 过多 。 图 4圆柱试样 中心在 1 0 0 0 ℃一8 0 0 ℃范 围内的冷 却速度 a 盐浴冷却； b 氦气冷却 4 ． 4 回火 E r a s t e e l厂 推 荐 P MHS S的 回 火 一 律 采 用 5 6 0 ℃1 h 3次。尽管多数 P MHS S的回火硬度 峰值在 5 2 O ～5 4 0 C， 但采用 5 6 0 C回火可获得较佳 的韧性 。AS P 2 0 3 0钢， 1 1 8 0 ℃淬火 ， 不 同 回火温度 的冲 击 韧性 ， 抗 弯 强 度 及 抗 弯 屈 服 强 度 曲 线 一 图 5 [ 。 图 5 A S P 2 0 3 0钢冲击韧性和抗弯 强度 奥 氏体化温度 1 1 8 0 ℃ ； 回火 3 1 h A一冲击韧性 ； B 一屈服强度 ； c一抗弯强度 5 连续冷转变却 曲线 C C T曲线 和 先共析碳化物 P E C 析出曲线 5 ． 1 C C T曲线 图 6 a 是 P MHS S 3 9 0 AS P 2 0 5 2 的 C C T 曲 线 。奥氏体化温度 为 1 2 3 0 ℃ ， 保温 时间为 1 8 0 S 。 从图上可以看出 在 1 2 3 0 ℃加热之后以各种不同冷 却速度连续冷却时在钢中所产生的组织转变及冷却 到室温后 的硬度 Hv 等 。图中 为冷却参数 ， M、 B 、 P和 R A分别代表马氏体、 贝茵体 、 珠光体和残余 奥氏体 ； K 是奥氏体化加热期间未溶人基体的一次 碳化物 ， K 是从奥氏体化温度冷却后所析 出的过共 析碳 化 物 即 P E C ； 该钢 的 A C 。 和 AC 分 别 为 8 2 5 ℃和 8 8 5 ℃。图 6 b 是与图 6 a 相对应 的各相 数量图， 从图上可获知， P MHs S 3 9 0钢在 1 2 3 0 ℃ 奥 氏体化之后 ， 以各种不 同冷却速度冷却到室温时 钢 中各相含 量的百分 比。以图 6 a 中最左边冷却 速度最快的 0 ． 3为例 ， 由于冷却速度快 ， 这条 曲 线与 K z线 P E C开始析出线 ， Ms 线 马氏体 开始 在晶界 、 相界生成线 和 Ms线 马氏体开始在 晶内 生成线 相交 ， 淬后硬度达 8 6 8 Hv 。在 图 6 b 相数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 粉末 冶金工业 第 2 1 卷 量 图 上 ， 以 一 0 ． 3画垂 线 可 得 各 相 的百 分 比。例 如 在 图 6 a 各相 含量 图上 ， 由上 横 座 标 一0 ． 3处 向下画一根垂直线 。从下横座标 向上看 ， 此线首先 在 M 区， 它与 R A相线相交点对应于纵座标相含量 体 积分 数 7 0 处 ， 可 得 M 相 数 量 为 7 0 。此 线 再 向上 进入 RA 相 区 ， 与 K 相 线 相 交 点 ， 相应 相 含 量 坐 标 8 4 处 ， 可得 R A 相 含 量 为 1 4 8 4 一 7 O 。此 线再 向上 交 K 相 线 ， 此 处 K 相 线 与 K。 相线几乎重合 ， 也即 K。 相 数量 为微量 。此线在 K 相 线 之上 的 区 域 为 K 相 区 ， 故 K 相 含 量 为 1 6 1 O O 8 4 。 3 9 0钢 样 本 上 有 说 明 ， 在 一 次 碳 化 物 K 中 ， M。 C为 6 ， MC 为 1 0 体 积 分 数 。 冷却参数 一0 ． 3意味该试样从 8 0 0 ℃冷却到 5 0 0 o C 的 时间 为 0 ． 3 l O 。 一3 0 S 。B 6 e h l e r 厂 以从 8 0 0 ℃冷 到 5 0 0 ℃的 值来衡量冷却速度。 一 妊 一 摹 、 血l 如 ＼ ＼ ＼ 、 、 ＼ 、 _三 - ＼ ＼ I 、 弋 1 t ； ● ‘ 、 ＼ | ． ’ L ● _ 1 | ＼ | 1 ’ ＼ 1 ／ ＼ z 5 8 1 。{ | ＼ s F I ＼ 一 一 I - t 、 ， j 一 ’ j ＼ 一 l ， L 蹦 | f I t 弋 、 、 k 、 l 9 图 6 a P MH S S 3 9 0钢 的 O C T曲线 冷却参数 ／ 冷却叫间 ／ S 图 6 b 对应 图 6 a 的相含量 士 三 蝥 一 般 HS S在淬火高温保温时 ， 大量碳化物溶入 基体 中， 使基 体处于碳和合金 元素 的过饱 和状 态。 在从高温冷却 时， 先共析碳化物 P E C 则从过饱 和 基体 中首先析出， 这一过程受两个 因素控制 其一 ， 是碳 化物 析 出 的驱 动力 随温 度 的降低 而加 大 ； 其 二 ， 是碳和合金元素的扩散 速度 由于温度降低 而减慢 。 这两个对碳化 物析 出影响相反 因素的综合结果 使 HS S在 9 0 0 9 5 0 ℃ 附 近 其 过 共 析碳 化 物 P E C 的 析出速度达到峰值。因 P E C的析出使基体 中的碳 和合 金 元 素量 减少 ， 过饱 和度 降低 ， 从 而 降低 了 HS S在回火时产生二次硬化的势能 ， 并降低淬 回火 后 钢 的韧性 。所 以 ， HS S在 1 0 0 0 ～ 8 0 0 ℃期 间要 快 速冷 却 ， 以减 少 P E C 的析 出。E r a s t e e l 厂认 为 对 P MHS S的淬火冷却 速度在 1 0 0 0 ～8 0 0 ℃ 问应 7 C／ s ， 才可保证高 的回火硬度见 图 7 ， 从 该图看该 冷却速度 1 O ℃／ s ， 才能保 证获得 最高 回火 硬度。 B厂 的从 8 0 0 ℃ 冷 却 到 5 0 0 ℃ ， A 0 ． 4的 连 续 冷 却 线 ， 其 1 0 0 0 ～ 8 0 0 ℃段 的 冷却 速度 为 1 1 ℃／ s ， 8 0 0 ～ 5 0 0 ℃ 的冷却 速度 为 7 ． 5 ℃／ s 。 由于 P MHS S皆希望热处理到高硬度 ， 所 以必 须观察 P MHS S各钢种 的 C C T 曲线主要是 比较其 K。 线 P E C开始 析 出线 所 处 的温 度／ 时 间 区段 ， 特 别 是 K 。 线 最左 端 C点 见 图 6 的温 度／ 时 间位置 的 变 动 见 表 7 ； 和 连 续 冷 却转 变 曲线 一0 ． 3 ， 0 ． 4 交 M S 点 的位置 。 图 7 在 1 0 0 0 ℃～8 0 0 ℃之间冷却速度对最终硬度的影响 奥 氏体化温度 1 1 8 0 ℃， 5 6 0 1 回火 3 X 1 h 表 5 P MH S 的 P E C开始析 出线左端点 C 图 6 ， 表 1 注 *在极高冷却速度下 ， P E C的开始析出温度可低到 4 0 0 C ㈣㈣ ㈣ 枷 瑚㈣。 - ▲ T ， ● ● ● ● ● ● ● ， ＼ 赠 ∞ 舳 加 m o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 吴元昌 粉末 冶金 高速钢 的热处理及其连续冷却转变曲线特征 2 5 金 相 法测定 的通过 M2和 M4 2的 P E C开 始 析 出点的冷却参 数 值各 为 1 1 0 和 1 ． 8 1 0 _ 。 。 也即 M4 2钢 要 在 1 ． 8秒 钟 内从 8 0 0 ℃ 冷 却 到 5 0 0 ℃， 实际 M4 2钢从淬火温度开始冷却的瞬间即 开始有 P E C在晶界析出_ 5 J 。 5 ． 2 C C T 曲线 中的 P E C开始析 出线 K 线 5 ． 2 ． 1 HS S中加快 P E C析出的元素 高速钢中合 金元素 C o ， C， V含 量 的增加促使 P E C开始 析 出线 K 线 向上 ， 向左 移 ， 影 响 最 大 的 元素为钴， 其次为碳 ， 钒也有一定影响。这意味要更 快的冷却速度才 能减少 P E C的析 出量。钴 和碳含 量越多 ， 这种影响越大[ 见 图 8 a ] 。为便于 比较 ， 在图 8 a S C 6 5 2 高碳 M2 钢的 C C T曲线图上 画上 了 M2和 M4 2两 个 钢种 的 P E C析 出线 。高碳 M2当含碳量为 1 ． 1 时， 淬火奥 氏体中的含碳量 由 M2的 0 ． 4 9 上升到 0 ． 7 4 ， 而合金元 素的固溶量 大体相同。这增强了冷却过程 中 P E C析出的势能 ， 使高碳 M2的 P E C开始 析出线 比 M2左移和上移 到接近 M4 2的 P E C开始 析 出线 。M4 2含 8 C o ， C O 增加碳在奥氏体中的活度系数并增加 M2 C的形核速 度 ， M4 2的 P E C开始析出线在 8 a 图中最高最左 。 、 赠 ＼ ＼ ＼＼、 、 。 ，M 42 ． S C 6 5 2 f 1 ． 1 ． ＼ H M 2 A l。 一 | 。 f { A c ；b 一 t |， | 呻 r r ＼ z 一 ＼ ＼ 、 t I | ． ． 、一 弋 ’ ＼ 、 ＼ ＼ 冷却时间／ S 图 8 a M 4 2 、 S O 6 5 2 、 M 2三钢种 的 C O T曲线 、 赠 ＼ l ＼ f ＼ 一 M 、 | l ＼ l | ， | | ． 3i ‘l } } ． ＼ t． | r f w } 一 ．．0 T ll I I 、 ’ 1 ＼ ＼ ＼ ＼ 图 8 b P MH S S 5 9 0 ， 3 9 0 ， 7 9 0的 K 2线加 绘 于 M 3Ⅱ的 C C T曲线 表 1中 3种 P MHS S的 P E C开始 析出线绘于 图 8 b 中， 由于 P MHS S的高碳、 高钻 、 高钒 ， 高碳 饱 和度 ， 使 它们 的 P E C开 始 析 出线 上 移 并 左 移 相 对 M2的 P E C开 始 析 出线 至 P E C析 出最 快 的温 度 区间 8 0 0 ～ 1 0 0 0 ℃ 。 7 9 O钢 的 P E C析 出线 很 接 近 M4 2钢 的 P E C开 始 析 出 线 ， 而 3 9 0和 5 9 0 的 P E C析 出线 则在 M4 2的之上 方 。因此 P MHS S 比普通 HS S在淬火分级冷却时要采用更快的冷却 速 度 和 措 施 以 减 少 P E C 的 析 出 量 。 对 P MHS S s 5 9 O AS P 2 0 3 O 更应特别注意。在这里还需指出的 是 ， P E C析出线还与奥氏体化温度有关 。对于同一 钢种奥氏体化温度越高 P E C析出线也相应上移 。 5 ． 2 ． 2 P E C析 出量对 淬 回火后 HS S韧性 的影 响 这是 一个 特别 要 注 意 的 问题 。工 件 在 HS S热 处理后只能测其硬度 ， 无法得其韧性数值 ， 而刀具的 韧性与其切削性能有很大的关联。图 9为 P MHS S AS P 2 O 2 3的韧性与 P E C析 出量关系曲线。纵座标 抗弯折 断功代表 韧性 ， 标准 参考 线选冷 却速 度 5 0 ℃／ s ， 以快速通过 1 0 0 0 ～8 0 0 ℃， 减少 P E C的析 出， 此线可代表在某一硬度下可达到 的最高韧性其 金相组织见图 9右上方， 晶界清晰细窄， 右下角金相 图为慢 冷 2 ℃ ／ s的照片 ， 注 意 的 P E C较 多 析 出于 晶 界 ， 而晶界变粗 ， 从而弱化晶界 ， 降低韧性 ， 此亦为常 见 之 HS S淬 火 缺 陷 之 一 。2 ℃／ s冷 速 线 的 韧 性 显 然低于 5 0 ℃／ s 标准参考线所示 的回火韧性值 。 回火硬度 H R C 图 9 过共析碳化物 P E C对韧性 的影 响 B O e h l e厂有 M2钢试样 1 1 9 0 C加热后 ， 分别 淬油、 5 5 0盐浴分级 5 mi n和 1 5 mi n等 3种冷却方 式 ， 在 5 5 0 2 h 3次 回火后 ， 进行抗弯试验。3种 不同冷却方式的试样 ， 在硬度 6 5 HR C 和抗弯强度 4 8 0 0 MP a 上无大差别， 而在衡量韧性 的抗弯塑性 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 粉末冶金工业 第 2 1卷 功上 有 差 别 ， 分 别 为 1 9 ． 5 ， 1 2 ． 5和 1 2 ． 5 J ／ c m 。 5 5 0 ／ 5 rai n和 5 5 o ／ 1 5 rai n分级试样的抗弯塑性功无 差别 ， 均 比油淬 的下 降 3 6 _ 6 ] 。油淬 的 P E C析 出 量显然低于 5 5 0 ℃分级 的。文 献[ 7 ] 中有下列 数据 可在一 定 程度 上 说 明不 适 当分 级 对 超 硬 高速 钢 W1 2 Mo 3 C r 4 V3 N A0 ． 9 3 淬 回火后韧性 的影 响 、 试样 1 2 5 0 ℃加热 ， 一组为真空加热淬油， 另一组盐浴加热后 6 1 0 ℃盐浴分级 4 m i n 钟后空冷。经 5 5 0 ℃X1 h X 3次 回火后， 测得的强韧性数据见表 6 。油的冷却速度 比 6 1 0 ℃盐浴分级快， 所以 6 1 0 ℃分级试样 的 P E C析出要 比油淬的多， 这一点经过电子衍射照片查明。由于两 组试样 的晶粒度相 同， 均 为 1 O号 ， 在 相 同晶粒 大小 时， 强韧性的差别是 由晶界结合力决定的， 即由晶界析出 物 P E C量的多少决定的。油淬 比分级试样的抗弯强 度高 1 5 ， 冲击韧 性 高 4 9 9 ／ 6 。对 高碳饱 和度 A 0 ． 9 3 的超硬 HS S来说， 6 1 0 ℃分级温度停 留 4 m i n在 工厂生产工艺中还有在采用的， 但是“ 错” 的。 表 6 WI 2 Mo 3 C r 4 V 3 N不 同淬火及冷却方式 的强韧性对 比 真空／ 淬油 6 8 ． 4 6 1 o c盐浴／ ⋯ b ．b 4 rai n分级 淬油／ 6 l O C分级 3 3 4 0 2 9 0 0 1 1 5 ％ 2 3 ．6 1 5 ．8 1 4 9 6 结 论 综上 所述 ， 对 P MHS S的热 处理 对 HS S亦 然 必须注意在淬火加热后 ， P MHS S工件必须“ 迅速快 冷” 到 5 0 0 ～5 5 0 ℃ ， 以努力减少 P E C的析出于晶界 和相界 ， 从而提高 P MHS S淬回火后 的韧性和强度。 这一点现为我国多数热处理工作者所忽略。 附录 文 中引用 的若 干 一 般 HS S成份 ， 按 我 国 标 准 号为 M2 一 W6 Mo 5 Cr 4 V2 ， 含 0 ． 8 5 C S C 6 5 2 一W 6 Mo 5 C r 4 V2 ， 含 1 ． 0 C M4 2 一W2 Mo 9 C r 4 VC o 8 ， 含 1 ． 1 C M3Ⅱ-- W6 Mo 5 C r 4 V3 ， 含 1 ． 2 9 ／ 6 C 参 考文 献 [ 1 ] He a t Tr e a t me n t o f HS S ， E r a s t e e l ， 2 0 0 6 ． 1- 2 3 We s t i n L ． T h e AS P R e f e r e n c e Ha n d b o o k 2 0 0 3 ． [ 3 ] 吴元 昌． 粉末冶 金高速 钢生产 工艺 的发展 [ J ] ． 粉末 冶 金 工 业 ， 2 0 0 7 ， 1 7 2 3 0 3 6 ． [ 4 ] Hr i b e r n i k B ． An I n v e s t i g a t i o n i n t o t h e Mi c r o s t n u c t u r e a n d M e c h a n i c a l Pr o p e r t i e s o f a n Ad v a n c e d T1 5 t y p e P MHS S E J ] ． P r o c e e d i n g s I s t I n f e r n a t i o n a l HS S c o n f e r e nc e， l 9 90 1 23 12 5 ． E 5 ] Ku l mb e r g 八 D a s U mw a n d l u n g v e r h a l t e n y o n HS S b e i Ko n t i n u i e r l i c h e r Ab r a b r u n g [- J - I． B e r g u n d Ht i t t e n ma n n i s c h e Mon a t s h e f t e 7， 1 9 7 6 2 51 25 7 ． [ 6 ] Ku l mb e r g A． E i n f l u s s d e r Ab k t 1 h 1 u n g s a r t b e i n Hfi r t e n a u r d i e Z a b i g k e i f d e r HS S S 6 5 2 u n d S1 0 4 3 1 0 Os t e r r e i c h i s c b e I n g e n i e u r Z e i t s c b r i f t [ J ] ．1 9 8 1 ，1 1 ／ 1 2 40 4 4 08 ． I- 7 ] 邓 玉 昆等． 高速 工具 钢 [ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 20 02 9 5 9 6． 方针政策 新材料产业“ 十二五“ 规划 8月发布 中图分 类号 D 6 0 1 文 献标 识码 D 5月 1 7日， 国家工业和信息化部总工程师朱宏任在第一届中国国际新材料产业博览会新闻发布会上表 示 ， 新材料产业“ 十二五” 发展规划 将于 8月份发布实施 。这是国家加快战略性新兴产业的重要举措 ， 对于 推动我 国新材料领域 的发展具有十分重要的意义。 目前 ， 我国材料产业总体发展水平仍然不高， 制约了中国工业的调整升级 ， 主要表现在 新材料 自主开发 能力薄弱 ， 关键新材料保障能力不足 ； 产学研用相互脱节 ， 产业发展模式不完善。脱胎于传统产业、 传统材料 产业的新材料