深冷及表面处理工艺对高速钢磨损性能影响的研究

作     者：梁晓阳 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭宏

授予年度：2016年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：深冷处理 表面处理工艺 耐磨性 残余应力 SEM分析 

摘      要：高速钢刀具对于提高加工效率发挥着重要的作用,高速钢至今仍然是制造复杂精密刀具不可或缺的材料,目前仍有95%左右的攻丝和锯削刀具使用高速钢制造。但是国产高速钢刀具材料存在的一个严峻问题是寿命较短,可靠性不高,随着被加工材料性能的不断增强,高速钢刀具的寿命日益降低。热处理是提高高速钢材料力学和耐磨性等性能的重要途径,而深冷处理作为热处理的延伸,尽管其研究尚未成熟,不少方面仍存在争议,但其能够提高材料的性能已达成共识;表面处理工艺在制造刀具过程中的研究及应用比较广泛,通过改变刀具切削刃的几何尺寸可以有效增强刀具的寿命(又称为钝化处理),但是表面处理对材料表面性能的影响研究甚少。本文以W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象,通过常规试验设计方法,从深冷处理、热处理以及表面处理三个方面制定了系统的试验研究工艺,目的在于研究三种工艺对于提高高速钢材料耐磨性、硬度以及降低残余应力方面的作用。主要研究内容如下:(1)根据研究的目的,制定了以降温速率、深冷温度和保温时间三个因素为变量的深冷处理工艺、以回火次数和回火温度两个因素为变量的热处理工艺以及表面处理工艺;(2)探究了以不同的深冷降温速率、深冷保温时间、深冷温度为可变参数的深冷处理和以不同的回火次数、回火温度为可变参数的热处理工艺对降低材料表面残余应力的影响,结果表明,深冷和回火处理工艺的改善可以降低材料表面的残余应力,当降温速率选取为1℃/min,回火温度选取440℃,回火次数选取3次时,残余应力最小;(3)通过对不同处理后的试样进行磨损试验并分析,得到了不同的深冷处理、热处理以及表面处理工艺对材料耐磨性的影响:深冷和回火处理工艺的改善能够增强工件的抗磨损性能以及硬度,当降温速率选取2℃/min,回火温度选取440℃,回火次数选取3次,抗磨损性能最好,硬度最高,表面处理工艺可以提高材料表面的质量,改善磨损初期的磨损情况,减小振动,提高耐磨性;(4)对磨损后的试样进行了微观组织分析以及磨痕形貌分析,并根据不同工艺对材料耐磨性的影响进行了机理分析,为后续工艺路线的设计提供了依据,观察表明,深冷处理和回火工艺可以改变材料内部碳化物的大小、析出量以及分布,这是耐磨性提高的主要原因,表面处理工艺可以使材料表面析出大量含碳的物质,起到一定的润滑作用,从而减小了振动,提高了材料的耐磨性。本文基于常规试验设计的方法,从深冷处理、热处理以及表面处理工艺三个方面制定了系统的试验研究工艺,主要为了探究三种工艺对于提高高速钢材料耐磨性、硬度以及降低残余应力方面的作用,分别得到了深冷处理的三个参数:深冷温度、保温时间、降温速率和回火处理的两个参数:回火次数、回火温度以及表面处理工艺对于耐磨性的影响,并从微观层面分析了影响产生的原因,为热处理、深冷处理和表面处理工艺的进一步研究提供参考。