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铝对高硼高速钢相图与凝固组织的影响

材料热处理学报 2016年第7期37卷 48-54页

作者：杨勇维符寒光王开明雷永平朱礼龙江亮北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410012

采用Thermo-Calc热力学软件计算含铝高硼高速钢平衡凝固过程并绘制了不同铝含量下的Fe-B伪二元垂直截面图。采用OM、SEM、XRD和DSC等,分析不同铝含量(1.0 mass%,1.5 mass%,2.0 mass%)的高硼高速钢铸态组织,研究铝对相图和凝固组织的影... 详细信息

采用Thermo-Calc热力学软件计算含铝高硼高速钢平衡凝固过程并绘制了不同铝含量下的Fe-B伪二元垂直截面图。采用OM、SEM、XRD和DSC等,分析不同铝含量(1.0 mass%,1.5 mass%,2.0 mass%)的高硼高速钢铸态组织,研究铝对相图和凝固组织的影响规律。结果表明:随着铝含量的增加,相图中的共晶点和共晶温度变化不大,但奥氏体区明显缩小,当铝含量达到1.5 mass%时缩小成闭合圈,δ-Fe将直接转变为α-Fe;铸态组织中的板条马氏体(Al≤1.0 mass%)将转变成珠光体(Al≥1.5 mass%)。过量铝(Al≥1.5 mass%)的加入促进铁素体的形成,使得合金硬度急剧降低,并使硼碳化物由网状趋于断网。计算结果与实验数据符合度较好,可为含铝高硼高速钢的研究提供指导。

关键词：高硼高速钢铸态组织相图计算凝固铝含量

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高硼高速钢热处理工艺研究

高硼高速钢热处理工艺研究

作者：鲍姚亮昆明理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,为了降低生产成本,研制低合金钢已成为必然的趋势,在这种需求下,用硼替代高速钢中的合金元素成为了研究人员的理想选择。本文采用淬火加回火的方法,对高硼高速钢进行了热处理,着重分析了淬火温度和回火温度对其组织... 详细信息

随着现代工业的发展,为了降低生产成本,研制低合金钢已成为必然的趋势,在这种需求下,用硼替代高速钢中的合金元素成为了研究人员的理想选择。本文采用淬火加回火的方法,对高硼高速钢进行了热处理,着重分析了淬火温度和回火温度对其组织和性能的影响,旨在解决高硼高速钢中由于硼碳化合物呈连续的网状分布而割裂基体所带来的力学性能较低的问题,为高硼高速钢应用于实际生产奠定一定的基础。利用JB30A型冲击韧性试验机测试了高硼高速钢的冲击韧性值;采用Lecia金相显微镜观察和分析铸态和热处理后试样的显微组织并测定硼碳化合物的体积分数;使用HR-150洛氏硬度计和HV-1000数显维氏硬度计测量试样的宏观硬度和显微硬度;通过Bruker D8Advance型X射线衍射仪分析铸态和热处理后的相的组成。分析组织和物相表明,高硼高速钢的铸态组织主要由马氏体、珠光体和硼碳化合物组成。其中,硼碳化合物由M23(B,C)6,M(B,C),M2(B,C)和M3(B,C)组成,并且硼碳化合物的体积分数为30.2%。淬火之后,基体组织转变成了马氏体,同时含有少量的残余奥氏体,硼碳化合物有一定的减少;淬火之后,硼碳化合物体积分数分别为29.5%、28.8%、27.1%和25.9%;残余奥氏体量为3.3%、3.9%、4.3%和4.9%。试样面扫描显示,高硼高速钢中C,B元素分布不均匀,碳元素主要分布在基体中,硼主要形成硼碳化合物,少量硼进入基体,有利于改善基体的淬透性和淬硬性。热处理后,碳元素分布基本无变化,分布趋于均匀,基体中含量有所上升,硼元素仍然富集在晶界。试样力学性能测试表明,高硼高速钢铸态宏观硬度为55.6HRC,微观硬度为595HV,冲击韧性为4.5J/cm2。淬火后,试样硬度和冲击韧性都得到提高,硬质相的显微硬度基本无变化,在1050℃时基体显微硬度达到峰值,淬火温度超过1050℃后,基体显微硬度有所下降。回火后,随着回火温度的升高,硬度逐渐升高;回火温度超过525℃之后,随着回火温度的升高,硬度逐渐降低。而随着回火温度的升高,高硼高速钢的冲击韧性逐渐提高。

关键词：高硼高速钢淬火回火硬度冲击韧性

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含铝高硼高速钢显微组织的电镜表征

金属热处理 2022年第7期47卷 177-183页

作者：董彦超马铁军金头男袁乃博金头男北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 邢台德龙机械轧辊有限公司河北邢台054009

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、背散射电子衍射(EBSD)以及透射电镜(TEM)对含铝高硼高速钢热处理前后的组织及硼碳化物类型进行分析。结果表明,铸态含铝高硼高速钢组织为铁素体和网状硼碳化物,硼碳化物类型为Fe_(2)B型(... 详细信息

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、背散射电子衍射(EBSD)以及透射电镜(TEM)对含铝高硼高速钢热处理前后的组织及硼碳化物类型进行分析。结果表明,铸态含铝高硼高速钢组织为铁素体和网状硼碳化物,硼碳化物类型为Fe_(2)B型(富Cr),FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)和Fe_(3)C(Cr-Mo)型;热处理后基体组织为马氏体,网状硼碳化合物破碎并球化。硼碳化物为Fe_(2)B型(富Cr),(Fe,Cr)_(23)C_(6)型(Cr-Mo)和FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)。热处理后网状硼碳化物断裂是由于Fe_(3)C型(Cr-Mo)硼碳化物分解为(Fe,Cr)_(23)C_(6)型(Cr-Mo)和FeMo_(2)B_(2)型(富Mo)硼碳化物。TEM分析所得硼碳化物的晶体结构与EBSD鉴定得出的结论一致。

关键词：高硼高速钢热处理显微组织电镜硼碳化物

热处理和凝固冷却方式对高硼高速钢显微组织和性能的影响

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热加工工艺 2011年第14期40卷 130-132页

作者：李萍杜忠泽符寒光戴建方西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 江苏东冶轧辊有限公司.江苏常州213155

研究了冷却方式对高硼高速钢凝固组织的影响及热处理对其硬度和耐磨性的影响。研究发现:石英砂型试样的偏析大,共晶碳化物较粗,尺寸和厚度较大;石墨铸型试样碳硼化合物的尺寸细小且分布均匀性较好;1050℃淬火并525℃回火时,由于残余奥... 详细信息

研究了冷却方式对高硼高速钢凝固组织的影响及热处理对其硬度和耐磨性的影响。研究发现:石英砂型试样的偏析大,共晶碳化物较粗,尺寸和厚度较大;石墨铸型试样碳硼化合物的尺寸细小且分布均匀性较好;1050℃淬火并525℃回火时,由于残余奥氏体量少,硬度达到最高值,其耐磨性最好。

关键词：高硼高速钢热处理硬度耐磨性

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含硅高硼高速钢高温抗氧化及热震性能研究

热加工工艺 2020年第6期49卷 40-43页

作者：吕萍高义民马胜强陈翰韬马胜超商瑾王天元王嘉琪西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049 西安工程大学环境与化学工程学院陕西西安710048 中航工业陕西航空电气有限责任公司陕西兴平710065

采用砂型铸造技术制备出Si含量为2.00wt%的高硼高速钢,研究了该钢800℃高温抗氧化性能和抗热震性能,并与M2高速钢进行对比。结果表明:含硅高硼高速钢在800℃下氧化100 h后的氧化增重比M2高速钢低2个数量级;同时在800℃保温30 min水淬下... 详细信息

采用砂型铸造技术制备出Si含量为2.00wt%的高硼高速钢,研究了该钢800℃高温抗氧化性能和抗热震性能,并与M2高速钢进行对比。结果表明:含硅高硼高速钢在800℃下氧化100 h后的氧化增重比M2高速钢低2个数量级;同时在800℃保温30 min水淬下循环50次的抗热震损伤性能是M2高速钢的5~8倍。含硅高硼高速钢高抗氧化性的原因是氧化膜致密连续,且氧化膜主要由Fe-Cr尖晶石(FeCr2O4层)及内氧化层SiO2构成,内氧化层与M2B硼化物在界面处的微凸体形成界面钉子效应,提高了膜/基结合强度;而该钢高的抗热震性能来源于其优异的抗裂纹萌生和扩展能力。

关键词：高温氧化热震性能高硼高速钢内氧化界面效应

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含铝高硼高速钢热处理及高温抗氧化研究

含铝高硼高速钢热处理及高温抗氧化研究

作者：李荟北京工业大学

学位级别：硕士

在高速钢中添加硼元素来部分代替昂贵的金属元素,从而获得高硼高速钢材料,具有成本低廉、易于加工和良好的耐磨性等特点,在工业生产中,可部分替代高铬铸铁和传统的高速钢等材料。本文设计了六组不同成分的高硼高速钢,对高硼高速钢铸态... 详细信息

在高速钢中添加硼元素来部分代替昂贵的金属元素,从而获得高硼高速钢材料,具有成本低廉、易于加工和良好的耐磨性等特点,在工业生产中,可部分替代高铬铸铁和传统的高速钢等材料。本文设计了六组不同成分的高硼高速钢,对高硼高速钢铸态和热处理态组织、性能以及高温抗氧化性能进行深入的研究。首先,借助金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射分析仪、洛氏硬度计对高硼高速钢铸态和热处理后的组织及性能进行了研究,结果表明:1)高硼高速钢铸态组织由珠光体或马氏体与共晶硼碳化物组成,当铝含量不变时,随着硼含量的增加,M(B,C)由网状转变为块状和菊花网状分布在基体上;淬火后,M(B,C)出现断网,并有细小颗粒生成,硬度达到60HRC以上;当硼含量不变时,铝含量逐渐增加,将促使基体中铁素体的增加,使得淬火后硬度显著下降;当铝含量在1.0wt.%,硼含量在1.0.0wt.%范围内,淬火温度为1050℃时,可获得具有高硬度和良好韧性配合的合金。2)合金回火组织由马氏体和共晶硼碳化物组成,当回火温度低于500℃,回火组织与淬火组织区别不大,硼碳化物略为减少。回火温度超过500℃时,共晶相组织恢复网状结构,基体晶粒等轴趋势变得较为明显,晶粒的晶粒度逐渐变的均匀。当回火温度为550℃时,共晶组织进一步增大。当回火温度为600℃时,由于回火温度过高,造成组织明显长大且粗化。其次,借助M-200环块磨损试验机对上述试验条件下的热处理后试样进行磨损试验,结果表明:当淬火温度为1050℃时,回火温度为500℃时的2#试样耐磨性最佳,磨损量最小。最后,对不同成分的高硼高速钢进行高温循环氧化试验,试验结果发现:1)不同B含量高硼高速钢经过650℃/250h和800℃/250h循环氧化后,氧化增重曲线都符合抛物线的规律,但是氧化温度的升高,会进一步促进高温氧化反应的进行,各试样表面氧化膜没有出现明显的剥落迹象。随着硼元素的增加,提高了高硼高速钢的高温抗氧化性能。3.0 wt.%B高硼高速钢的氧化膜最薄并表现出了最优的抗氧化性能。硼元素氧化形成BO,其主要富集于氧化膜与基体界面的结合处,高温下BO在氧化膜内具有较强的流动性,可填补裂纹和孔洞,与SiO结合形成BO-SiO硼硅酸盐,且随着硼含量的增加,可生成更多富BO的BO-SiO硼硅酸盐氧化层,更有利于其在氧化膜中的铺展,从而能够显著提高高硼高速钢的抗氧化性。2)不同Al含量高硼高速钢经过650℃/250h和800℃/250h循环氧化后,氧化增重曲线符合抛物线规律,氧化温度升高,会促进高温氧化反应的发生。6#无铝高硼高速钢氧化膜厚度最厚,且存在开裂和剥落现象。随着Al含量的增加,氧化膜开裂和剥落的现象逐渐消失。Al元素的添加提高了高硼高速钢的高温抗氧化性能。5#含Al2.0 wt.%的高硼高速钢氧化膜最薄并表现出了最优的抗氧化性能。Al氧化形成AlO,AlO氧化层结构致密,可有效阻碍离子的扩散。同时作为典型的n型向内生长的氧化膜AlO,可与p型向外生长的CrO氧化膜紧密的结合在一起。且Al含量越多越有利于两种氧化膜的结合,从而能够显著提高高硼高速钢的抗氧化性。

关键词：高硼高速钢热处理显微组织机械性能高温抗氧化性

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铸造高硼高速钢相图计算及其显微组织研究

铸造高硼高速钢相图计算及其显微组织研究

作者：杨勇维北京工业大学

学位级别：硕士

高硼高速钢是在普通高速钢基础上发展起来的一种新型耐磨材料,以具有硬度高和热稳定性好的MB等作为硬质相,通过调节硼化物和碳化物体积分数及其在基体上的分布,少用或不用钨、钼、钒、铌、钴等昂贵合金元素,可以大幅降低生产成本。但是... 详细信息

高硼高速钢是在普通高速钢基础上发展起来的一种新型耐磨材料,以具有硬度高和热稳定性好的MB等作为硬质相,通过调节硼化物和碳化物体积分数及其在基体上的分布,少用或不用钨、钼、钒、铌、钴等昂贵合金元素,可以大幅降低生产成本。但是,高硼高速钢在高温下硬度明显下降,导致高温耐磨性降低。铝能提高钢的回火稳定性和红硬性,铝在合金表面形成坚硬致密的AlO氧化膜,可与CrO氧化膜紧密结合,进一步提高材料的抗高温氧化性能。基于以上原因,本课题在高硼高速钢基础上添加铝元素,期待改善高硼高速钢的高温耐磨性。本课题从合金成分设计角度,对含铝高硼高速钢相图进行计算,并对所计算的相图进行实验验证。首先介绍了相图计算原理,然后利用Thermo-Calc计算软件,获得了不同硼、铝含量的Fe-B伪二元相图的垂直截面图,分析了硼含量变化对相区、共晶点参数等的影响,发现合金平衡状态下的共晶反应温度约为1318℃,共晶点硼含量为1.89wt.%。凝固组织主要包括α、MB(M=Fe,Cr)、MC(M=Fe,Cr,Mo,V)、MC(M=Fe,Cr,Mo,V)和MC(M=Fe,Cr)等相。利用Thermo-Calc软件,计算了900℃平衡状态下组织中各相随硼含量的定量变化趋势图。随着硼含量的增加,凝固组织中碳化物整体变化趋势是:MC+MC→MC+MC+MC→MC+MC→MC+MC。分析了在铝含量变化对Fe-B伪二元相图垂直截面图中相区、共晶点参数等的影响:随铝含量的增加,共晶转变点与共晶温度变化不大,奥氏体区面积显著降低。当铝含量超过1.0%时,奥氏体区域缩小为闭合奥氏体圈。含铝高硼高速钢的铸态组织基体均为α相,硬质相为MB、MC、MC;随着铝含量的增加,组织将由马氏体+残余奥氏体+网状MB+MC-/MC-碳化物(1.0%铝),转变为珠光体+铁素体+MC-/MC-碳化物+网状MB组织(2.0%铝)。选取0.4%C-6.0%Cr-4.0%Mo-1.0%Al-1.0%Si-0.5%Mn-1.0%V-x%B(x=1,2,3)的三组含铝高硼高速钢,对所计算的合金垂直截面相图进行了实验验证,证明Thermo-Calc软件对该合金体系计算相图的准确性,实验测定结果无论是在相成分还是在相变温度上均与计算相图基本匹配,可以用来指导合金成分设计。还选取了0.4%C-6.0%Cr-4.0%Mo-1.0%Si-0.5%Mn-1.0%V-(1.0.0)%B-x%Al(x=1.0,1.5,2.0)的三组含铝高硼高速钢,对所计算的合金垂直截面相图进行了实验验证,并对铝元素在高硼高速钢相图中的作用及铸态组织的影响进行了讨论分析。

关键词：高硼高速钢 Thermo-Calc 相图计算硼化物铝含量

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高硼高速钢研究进展

大型铸锻件 2023年第3期 45-50,56页

作者：刘英鹏袁乃博符寒光北京工业大学材料与制造学部北京100124 邢台德龙机械轧辊有限公司河北邢台054009

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性、高耐热性和优良红硬性的工具钢,然而由于合金元素价格高,其使用范围受到很大限制。在高速钢生产中以廉价的硼替代钨、钼、钒、铌等贵重金属制得的高硼高速钢既降低了成本,又能保证优异的硬度、耐磨... 详细信息

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性、高耐热性和优良红硬性的工具钢,然而由于合金元素价格高,其使用范围受到很大限制。在高速钢生产中以廉价的硼替代钨、钼、钒、铌等贵重金属制得的高硼高速钢既降低了成本,又能保证优异的硬度、耐磨性、强韧性、抗高温氧化性。本文综述了合金化、变质处理和热处理对高硼高速钢组织和性能影响,最后对高硼高速钢未来的发展进行了展望。

关键词：高硼高速钢合金化变质处理热处理

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高硼高速钢轧辊在棒材切分轧制中的应用

现代制造技术与装备 2014年第2期50卷 38-39页

作者：姜武东马加波宋将郭其江吴勇山东石横特钢集团有限公司泰安271612

介绍了山东石横特钢公司棒材车间在小规格热轧带肋钢筋切分轧制中高硼高速钢轧辊的应用情况,实践证明,该材质的轧辊使用后,Φ10mm、Φ12mm、Φ14mm、螺纹轧辊消耗分别比由09年轧辊单耗降低了0.035kg/t以上,可有效提高作业率及产品质量,... 详细信息

介绍了山东石横特钢公司棒材车间在小规格热轧带肋钢筋切分轧制中高硼高速钢轧辊的应用情况,实践证明,该材质的轧辊使用后,Φ10mm、Φ12mm、Φ14mm、螺纹轧辊消耗分别比由09年轧辊单耗降低了0.035kg/t以上,可有效提高作业率及产品质量,创造较高的经济效益。

关键词：切分高硼高速钢轧制量