电渣重熔DT40钢结硬质合金的性能研究分析

郑州航空工业管理学院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ОО四年五月五日郑州航空工业管理学院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、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。关键词DT40钢结硬质合金；电渣重熔；热处理工艺；淬火郑州航空工业管理学院TheGraduationThesisforBachelor'sDegreeStudyofQuenchingandHighTemperatureTemperingTechnology,OrganizationandPropertiesofElectroslagRemeltingDT40SteelBondHardAlloyin950DegreesCandidate：CollegeofmechanicalandelectricalengineeringSpecialty：MaterialsscienceandEngineeringStudenID：100609106Supervisor：XinfangZhangZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement郑州航空工业管理学院AbstractSteelbondedhardalloyisanewcompositematerialwhichusessteelasblinderandhardcompoundashardphase.Itscharacterisontheborderlinebetweenhardalloyandalloysteel.Ithasmostoftheadvantagesbelongtohardalloyandsteel.ithasnotonlyhighstrength,highhardnessandhighwearresistance,butalsothecharacterofmachinability,weldabilityandheat-treatabilitylikesteel.Itusuallyappliedtofieldslikewearparts,knifetoolsormoulds.Withincreasingrequirementsfortheindustryofmouldsbydevelopingchineseeconomy,theselectionofmouldmaterial,wearpartsandheattreatmenttechnologyisbecomingmoreandmoreimportantinthedieandmouldindustry.Accordingly,therequirmentsforthehardness,themanufactureaccuracy,thecostandthelifeofmaterialsareincreasing.Thestudyresultindicateswiththeinfluencebyquenchingtemperature,temperingtemperature,heatpreservationtimeandslagcontent,DT40steelbondedhardalloyhasagreatinfluenceonhardness,wearresistance，relativedensity，bendingstrengthandmetallurgicalstructure.ThispaperanalysestheheattreatmenttechnologyofelectroslagremeltingDT40steelbondedhardalloyandmetallurgicalstructuresynthetically,thendrawsupareasonableheattreatmenttechnology,finallycomparesandanalyzesthefiguresfromtheexperiment.Soitispossibletomakethecombinationpropertyofmaterialstomeetcertainrequirements.Atthesametime,itcanalsocutthecostandsaveenergy.Keywords郑州航空工业管理学院DT40Steelbondedhardalloy;electroslagremelting;heattreatmenttechnology;quencher郑州航空工业管理学院第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、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。郑州航空工业管理学院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，他们的研究在金郑州航空工业管理学院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。郑州航空工业管理学院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，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