双金属带锯条齿材M42高速钢性能评价及淬火冷却方式研究

摘要

本文选取部分国外厂商生产的双金属带锯条与国内泰嘉公司的两种产品作为研究对象，首先通过OM、SEM、纳米压痕仪等手段对国内外双金属带锯条齿材M42高速钢进行对比研究，建立双金属带锯齿材性能评价体系;进而为改善齿材M42高速钢的热处理制度，通过OM、AFM、XRD、高温金相、高温硬度等手段探讨及研究了淬火冷却速度和冷却方式对齿材PM M42高速钢的显微组织及力学性能的影响。得到以下结论:
　　(1)泰嘉公司齿材M42钢中分布着大量形状不规则，尺寸5～9um的一次碳化物M2C，齿材PM M42钢齿材中分布的一次碳化物M6C颗粒细小且呈弥散均匀分布，尺寸均在2um以下;泰嘉、Lenox、Simonds公司的齿材M42钢中部分区域的一次碳化物存在团簇现象;Bacho与Simonds公司齿材M42钢中一次碳化物有明显的带状分布;泰嘉公司齿材M42钢平均晶粒为10.7um，泰嘉公司齿材PM-M42钢及其余4组国外齿材的的平均晶粒尺寸均在5～7um之间。
　　(2)附加600℃/1h/4次长时间高温回火后:泰嘉公司齿材M42钢硬度下降幅度达10.06％，碳化物和晶界处出现大量热蚀裂纹;嘉泰公司齿材PM-M42钢硬度下降幅度和国外齿材M42钢硬度下降幅度均只有3.7％～5.3％;泰嘉公司齿材M42高速钢、PM-M42高速钢在齿尖处纳米压痕得到的杨氏模量分别增幅达43.3％、22.3％，增幅远高于国外齿材。泰嘉公司两种齿材具有较差的抗高温回火稳定性。
　　(3)840℃/4h等温退火状态的常规M42钢中一次碳化物大小分布不均匀，微小颗粒的碳化物易向临近大型碳化物处集聚，淬火升温到1170℃并保温300s，一次碳化物开始溶解;PM M42钢碳化物颗粒细小均匀，具有优异的抗集聚能力，1205℃保温70s后，碳化物才出现部分溶解。常规M42钢1205℃保温300s，其奥氏体晶粒发生急剧异常长大;PM M42钢在1205℃保温300s，晶界尺寸未发生明显变化。
　　(4) PM M42钢在840℃/4h等温退火，1205℃奥氏体化保温保温10min后淬火，淬火冷速为0.1℃/s、0.25℃/s时基体组织为珠光体;0.5、1℃/s时为珠光体+下贝氏体，冷速加大，下贝氏体增多，珠光体减少;4、10℃/s时为少量下贝氏体+淬火马氏体。20℃/s时只有淬火马氏体;随着淬火冷却速率从0.1℃/s增加到20℃/s，3次回火后的硬度从548HV增大到1012HV。
　　(5)对PM M42钢依次采用慢冷（沙冷、雾冷）到快冷（油冷、水冷）方式淬火（相应平均冷速从10到30℃/s）后，淬火态中残余奥氏体量从7.6％增多到14.5％;淬火态硬度从835HV下降到788HV;回火马氏体尺寸从约150～200nm变窄到约30～60nm，同时，回火马氏体界上二次碳化物析出量增多且颗粒变小;3次回火状态的硬度从945HV上升到1002HV，且其高温硬度的随温度的下降趋势变缓;抗回火稳定性逐步升高，附加600℃/1h/4次回火后的硬度依次从856HV增加到924HV。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 高速钢双金属带锯

1．2．1 切削带锯的发展

1．2．2 双金属锯带生产流程

1．3 高速钢双金属带锯齿材研究现状

1．3．1 高速钢现状

1．3．2 高速钢的发展史

1．3．3 高速钢双金属带锯热处理概述

1．3．4 高速钢中的碳化物

1．4 本文项目来源、研究目的及研究内容

第二章 实验方案及实验方法

2．1 研究路线

2．2 实验材料

2．3 热处理工艺

2．4 组织分析

2．4．1 金相、扫描电子及原子力显微分析

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 高温金相原位观察

2．5 性能检测

2．5．1 显微硬度测试

2．5．2 高温硬度测试

2．5．3 纳米压痕测试

第三章 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢组织及性能差异

3．1 国内外带锯条齿材化学成分分析

3．2 国内外带锯条齿材M42高速钢组织对比

3．2．1 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢显微组织分析

3．2．2 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢一次碳化物及晶粒尺寸统计

3．2．3 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢平均晶粒尺寸统计

3．2．4 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢碳化物标定

3．3 国内外带锯条齿材M42高速钢力学性能分析

3．3．1 国内外双金属带锯条齿材M42高速钢抗回火稳定性分析

3．3．2 国内外双金属带锯条齿材尖端处硬度及杨氏模量分析

3．4 常规及粉末冶金M42高速钢淬火加热过程原位观察

3．4 本章小结

第四章 淬火冷却速率和冷却方式对PM M42高速钢组织及性能的影响

4．1 PM M42高速钢淬火冷却速率实验热处理制度

4．2 PM M42高速钢退火态组织分析

4．3 淬火速率对PM M42高速钢组织及硬度的影响

4．3．1 淬火速率下PM M42高速钢淬火态组织

4．3．2 淬火速率对PM M42高速钢回火态组织的影响

4．3．3 淬火速率对PM M42高速钢硬度的影响

4．4 淬火冷却方式对PM M42高速钢组织及硬度的影响

4．4．1 PM M42高速钢冷却方式实验热处理制度

4．4．2 淬火冷却方式对PM M42高速钢淬火态组织的影响

4．4．3 淬火冷却方式对PM M42淬火态残余奥氏体量的影响

4．4．4 淬火冷却方式对PM M42回火态组织的影响

4．4．5 淬火冷却方式对PM M42高速钢硬度的影响

4．4．6 淬火冷却方式对PM M42高速钢高温硬度的影响

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢