粉末冶金高速钢的热处理与热磁分析.pdf

第 1 8 卷第 2期 V 0 1 ． 1 8 NO ． 2 粉末冶金材料科 学与工程 M a t e r i a l s S c i e nc e and Eng i ne er i ng o f Po wde r M e t a l l ur gy 2 0 1 3 年 4月 Ap r ． 2 0 1 3 粉末冶金高速钢的热处理与热磁分析 孙世 清 河北科技大学 材料科学与工程学院，石家庄 0 5 0 0 1 8 摘要采用综合物理测试系统的振动样品磁强计选件 P P MS VS M ，对回火处理时的粉末冶金高速钢进行热磁 分析测量 。退火态粉末冶金高速钢中的铁素体含量约为 7 0 ． 5 ％ 体积分数1 。淬火态粉末冶金高速钢在回火处理的 升温阶段，有碳化物从马氏体中析出。在回火处理的保温和降温阶段，残余奥氏体向马氏体转变。淬火态钢中的 马氏体含量约为 4 4 ．6 ％，在第 1 次 、第 2次 、第 3次回火后 ，钢中马氏体含量分别约 为 6 7 ． 5 ％、7 0 ．0 ％和 7 0 ． 3 ％。 关键 词粉末冶金高速钢 ；回火 ；磁性；马 氏体；铁素体 中图分类号T F 1 2 5 文献标 识码 A 文章编号 1 6 7 3 ． 0 2 2 4 2 0 1 3 2 2 5 0 4 He a t t r e a t me n t a nd t h e r m o - m a g ne t i c a na l y s i s o f po wd e r me t a l l ur g y h i g h s p e e d s t e e l SUN Shi qi ng S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， He b e i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 1 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e r mo - ma g n e t i z a t i o n me a s u r i n g a n d a n a l y s i s o f p o w d e r me t a l l u r g i c a l h i g h s p e e d s t e e l P M HS S wa s c a i e d o u t b y v i b r a t i o n s a mp l e ma g n e t o me t e r i n p h y s i c s p r o p e r t y me a s ure me n t s y s t e m P P MS VS M ． T h e r e s u l t s h o ws t h a t t h e F e r r i t e p h a s e c o n t e n t i n a n n e a l e d P M HS S i s 7 0 ．5 ％ r v o l u me fr a c t i o n ． T h e c a r b i d e s p r e c i p i t a t e fr o m ma r t e n s i t e i n t h e h e a t i n g s t a g e d u r i n g t h e t e mp e r p r o c e s s ， b u t i n t h e t h e r m a l h o l d i n g a n d d e c r e a s i n g s t a g e s ， r e s i d u a l a u s t e n i t e t r a n s f o r ms i n t o ma r t e n s i t e ． T h e ma r t e n s i t i c v o l u m e fr a c t i o n i n q u e n c h e d s t e e l i s a p p r o x i ma t e l y 4 4 ． 6 ％ a n d i n t h e fi r s t ． s e c o n d ． t h i r d t i me t e mp e r e d s t e e l a r e a p p r o x i ma t e l y 6 7 ． 5 ％ ， 7 0 ． 0 ％ a n d 7 0 I 3 ％， r e s p e c t i v e l y ． Ke y wo r d s p o wd e r me t a l l urg y h i g h s p e e d s t e e l ； t e mp e r ； ma g n e t i z a t i o n ； ma r t e n s i t e ； f e r r i t e 随着世 界工业的发展 ，对工 具材料不 断提 出新 的 要求 。粉末冶金技术逐渐 成为获取大型高质量 工具制 品的重要方法_ 1 ， 该方法 的主要优点是可 以细化和均 匀 组织 】 ，使 材料 具有各 向同性 的高 性能 9 - 1 2 ] 。粉 末冶金 高速钢 的生产过程涉及采用氮气雾化制粉 、封 装、高温 热等静压和烧 结等过程 。第三代粉末冶金高 速 钢 P M H S S 以生 产 厂 家 伯 乐 B o e h l e r 钢 厂 的 Mi c r o c l e a n P M HS S 为代表 。B o e h l e r钢厂采用全世 界最先进 的粉末冶金设备及新工艺于 2 0 0 2年推 出了 以“ MI c R 0 c L E A N ” 为商标的第三代 P M HS S I l 。其 钢粉颗粒更细 ，非金属夹杂物含量更少 ，而且韧性和 强度 比第二代 P M HS S提 高约 2 0 ％。磁性分析是研 究钢 中相变 的重要方法_ 1 ，可 以分析其 中非铁磁性 相 残余奥 氏体、 合金碳化物 与铁磁相 马 氏体 之间的 相变过程，可为优 化钢 的处理工 艺和组织 结构提供理 论依 据 。综合 物理测 试 系统 的振动 样 品磁 强 计选件 P P MS ． V S M 不仅 可 以测试钢 的室温 磁性 ，还可 以实 现高温变化 时的磁性 同步测试 。目前 ，对粉末冶金高 速钢进行 回火处理 的同时进行变温磁性分析的研究还 未见报道 。 本文对 淬火后 的粉末高速钢进行 回火 处理 ， 同时对其进 行磁性 分析 ，以期 为优化粉末 高速钢 的热 处理工艺和组织结构提供 理论依据 。 基金项目教育部科学技术研究重点项 目 2 0 5 0 1 5 收稿 日期2 0 1 2 ． 0 5 ． 1 9 ；修订 日期2 0 1 2 ． 0 8 2 4 通讯作者孙世清 ，教授，博士。电话0 3 1 1 - 8 1 6 6 8 6 9 3 E - ma i l h b k d s s q 1 6 3 ．G o re 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 2 粉末冶金材料科学与工程 2 0 1 3年 4月 量 蚕 誊 羔 H／ 7 9 ． 6 k A m- Te mp e r a t u r e ， T ／ K H／ 7 9 ． 6 k A m- 图 2 退火态样 品 标样 的热磁分析 Fi g ． 2 T h e r m o - ma g n e t i c a n a l y s i s o f a n n e a l e d s a mp l e a 一 I n i t i a l h y s t e r e s i s l o o p ； b - - T h e r ma l - ma g n e t i c c u r v e ； c F i n a l h y s t e r e s i s l o o p { 7 ／ [ T ／ 0 ． 7 0 5 ] } 1 0 0 ％ 1 式中， 和 M 分别为退火态样 品和淬火态样 品在升降温曲线上各温度的饱和磁化强度。 连续 3次回火时钢中马 氏体含量 的变化如 图 4所 列 。可见 ，淬火 态钢 的 值约为 4 4 ． 6 ％。在回火过程 中，F 下降预示马氏体中碳化物优先析出，F 疽 上 升表 明奥氏体优先转变成 马氏体 。 之 皇 旦 晶 孚 鲁 ．妥 矗 矗 I bD ．宝 矗 蔓 H／ 7 9 ．6 k A m一 1 H／ 7 9 ． 6k A 1 T I 图 3 淬火态样品的热磁分析 F i g ． 3 T h e rm o ma g n e t i c a n a l y s i s o f q u e n c h e d s a mp l e a 一I n i t i a 1 h y s t e r e s i s l o o p ； b - - T h e rm a l - ma gne t i c c u r v e ； c 一F i n a l h y s t e r e s i s l o o p 在第 1 次回火时升温曲线接近水平， 即F 艟 几乎 没有变化 。在第 2次、第 3次回火 的升温 阶段 ， 值 总是下降 的。这表 明， 值的下降主要受碳化物从马 氏体 中析 出 K过程 的控制 ， 碳化物的析 出量分别不少 于 1 ． 7 ％和 3 ． 2 ％。 在各次回火的保温阶段，F 疽 总是上升。显然， 残余奥 氏体向马 氏体 的转变主导 了 值升高 。 在第 1 次回火降温 阶段 值上升幅度最大 ， 而 在 一 - 3 I ． 一 I 1 0 N 一 苗【 I嚣 日 一 一 _ 暑 暑． 一 I 1 0 一 一 口 对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 8 卷第 2期 孙世清粉末冶金高速钢的热处理与热磁分析 2 5 3 、 Te mpe r a t u r e ，T ／ K 图 4 连续 3次 回火 时钢 中马 氏体含量的变 化 Fi g． 4 Va r i a t i on ofma r t e n s i t i c vol ume f r a c t i o n i n t he s t e e l d ur i ng t hr e e t i me s t e mpe r i ng 第 2次 、第 3次 回火 降温 阶段 值上升幅度逐次减 小 。 表 明， 第 1 次回火 降温 阶段 二次淬火效果最明显 ， 残余奥氏体向马氏体的转变量最多，而后逐次减少。 在第 1 次 、第 2次 、第 3 次 回火后 马氏体含量分别 约 为 6 7 ． 5 ％、7 0 ． 0 ％和 7 0 I 3 ％。 3 结论 1 粉 末冶 金高速钢 退火 态时 ，铁素 体含量 约为 7 0 ． 5 ％，余 为碳 化 物 。淬 火 态 钢 的 马 氏体含 量 约 为 4 4 ． 6 ％，余 为碳化物 和残余 奥 氏体 ，晶粒度 约为 4 ． 3 g m，碳化物大小约为 1 ． 5 g m。 2 在第 1 次回火 升温 阶段 ， 马氏体含量几 乎没有 变化 。在第 2次 、第 3次回火 的升温 阶段 ，马氏体含 量 的下降主要受从马 氏体 中析 出的碳化物控制 ，碳化 物 的析 出量分别不少于 1 ． 7 ％和 3 ． 2 ％。 3 在各次 回火 的保温和 降温阶段 ， 残余奥 氏体转 变成马 氏体使马 氏体含量升高 。在第 1 次、第 2次 、 第 3次回火后钢中马 氏体含量分别约为 6 7 ． 5 ％、 7 0 ． 0 ％ 和 7 0 _ 3 ％ 。 [ 2 ] REFERENCES v Ae m z A， L E VE NF E L D B， T OR RAL B A J M，e t a 1 ． S i n t e r i n g i n d i ffe r e n t a t m o s p h e r e s o f T1 5 a n d M 2 h i g h s p e e d s t e e l s p r o d u c e d b y a mo d i fi e d me t a l i n j e c t i o n mo u l d i n g p r o c e s s[ J 】 ． M a t e r i a l s S c i e n c e an d En g i n e e r i ngA， 2 0 0 4 ， 3 6 6 31 8 3 2 4． RAF AEL A M ， CELS O A B． S p r a y f o r mi n g h i g h s pe e d s t e e l --p r o p e r t i e s and p r o c e s s i n g [ J ] ．Ma t e r i a l s S c i e n c e and En g i n e e rin g A， 2 0 0 4， 38 3 8 7 9 5 ． [ 3 ] R OMA NO P ，V E L AS C O F J ，T O RR ALB A J M，e t a 1 ． P r o c e s s i n g o f M 2 po wd e r me t a l l u r g y h i g h s p e e d s t e e l b y me an s o f s t a r c h c o n s o l i d a t i o n[ Ma t e ria l s S c i e n c e and E n g i n e e ri n g A， 2 0 0 6 ． 41 9 1 7 ． [ 4 ] u T A R I e B ， KOS E C L ， J E NKO M， e t a 1 ． V a c u u m s i n t e r in g o f wa t e r - a t o mi s e d HS S p o wd e r s wit h Mo S 2 a d d i t i o n s [ J ] ． Va c u u m 2 0 01 ， 6 1 4 71 47 7 ． [ 5 ] AS G HAR Z ADE H H， S I MC HI A． E ff e c t o f s i n t e r i n g a t mo s p h e r e a n d c arb o n c o n t e n t o n t he d e n s i fic a t i o n an d m i c r o s t r u c t u r e o f l a s e r - s i n t e r e d M2 h i g h s p e e d s t e e l p o wd e r[ J ] ． Ma t e ri a l s S c i e n c e a nd E ng i n e e rin g A， 2 0 0 5 ， 4 0 3 2 9 0 2 9 8 ． [ 6 ] GI ME NE Z S ， I T U RR I Z A I ． Mi c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s a t i o n o f p o wd e r me t a l l urgy M 3 5 M HV HSS a s a f u n c t i o n o f t he p r o c e s s i n g r o u t e[ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e ri a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y , 2 0 0 3 ，1 4 3 ／ 1 4 4 5 55 5 6 0 ． [ 7 】T R AB ADE L O GI ME NE Z S ， I T UR R ／ Z A I ． Mi c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s a t i o n o f v a c u u m s i n t e r e d T 4 2 p o wd e r me t a l l u r g y h i g h s p e e d s t e e l a f t e r h e a t t r e a t me n t s[ J ] ． Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n gine e r i n g A， 2 0 0 9 ， 4 9 9 3 6 0 3 6 7 ． [ 8 ] MA T J AZ G B ARB AR A B ， D J OR DJ E M， e t a 1 ． Ch a r a c t e r i z a t i o n of t he c arb i d e s a n d t h e ma r t e n s i t e p ha s e i n p o wd e r - me t a l l urg y h i g h s p e e d s t e e l [ J ] ． Ma t e ri a l s Ch ar a c t e r i z a t i o n ， 2 01 0 ， 61 4 5 2 45 8 ． [ 9 】HA RL I N P ，OL S S ON M．A b r a s i v e we a r r e s i s t anc e o f s t a r c h c o n s o l i d a t e d a n d s i n t e r e d h i g h s p e e d s t e e l[ J 】 ． We a r , 2 0 0 9 ， 2 6 7 1 4 8 2 -1 48 9 ． [ 1 0 ] R E C H J ， YE NB Y- C， S CHA F F M J ， e t a 1 ． I n fl u e n c e o f c u t t i n g e d g e r a d i u s o n t h e we ar r e s i s t a n c e o f P M HS S mi l l i n g i n s e r t s[ J ] ． W e a r , 2 0 0 5 ． 2 5 9 1 1 6 8 1 1 7 6． [ 1 1 】 T OR RE S R ODR i GU E Z S ， MA T E O A， e t a 1 ． F a t i g u e b e h a v i o r o f p o wd e r me t a l l u r g y h i g h s p e e d s t e e l s f a t i gu e l i mi t p r e d i c t i o n u s i n g a c r a c k g r o wt h t h r e s h o l d b a s e d a p p r o a c h[ J ] ． Ma t e ri a l s S c i e n c e an d En g i n e e rin g A， 2 0 0 4 ， 3 8 7 ／ 38 9 5 01 5 0 4 ． 【 1 2 ] C HA T T E R J E E D，OR AON B ， s UT RA DHA R G e t a l _ P r e d i c t i o n o f h ard n e s s f o r s i n t e r e d HSS c o mpo n e n t s us i n g r e s p o n s e s u r f a c e me t h o d [ J ] ．J o u r n a l o f Ma t e ri a l s P r o c e s s i n g T e c h no l o g y , 2 0 0 7 ，1 9 0 1 2 3 1 2 9 ． [ 1 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 ． W U Y ua n c h a n g ． Ev o l u t i o n o f t e c hn ol o g y o f p o wd e r me t a l l u r gy h i g h s p e e d s t e e l[ J ] ． P o wd e r Mt a l l u r g y I d u s t r y ,2 0 0 7 ，1 7 2 3 0 - 3 6． [ 1 4 ] Z HAO L ， DI J K N H， B R OCK E ，e t a 1 ．Ma g n e t i c a n d X r a y di ffr a c t i o n me a s u r e me n t s f o r t h e d e t e r mi na t i o n o f r e t a ine d ans t e n i t e i n T R I P s t e e l s [ J ] ． Ma t e ri a l s S c i e n c e and E n g i n e e r i n g A， 2 0 01 ． 31 3 1 4 5 1 5 2 ． [ 1 5 ] L UZ G1NOV A N， Z H AO L ， S I E T S MA J ． E v o l u t i o n and t h e r ma l s t a b i l i t y o f r e t a i n e d a u s t e n i t e i n S AE 5 2 1 0 0 b a i n i t e s t e e l[ J 】 ． M a t e ria l s S c i e n c e a n d E n gi n e e r i n g A ， 2 0 0 7 ， 4 4 8 1 0 4 一l 1 0 ． 编辑高海燕 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m