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双层辉光等离子表面冶金W、Mo、Co时效硬化高速钢

张艳梅  
【摘要】:Fe-W-Mo-Co时效硬化高速钢硬度高达HRC67~68,红硬性处于超硬高速钢和硬质合金之间,韧性近于超硬高速钢水平,导热性好,是解决钛合金、镍基合金、奥氏体钢、难熔合金等难切削材料的成型加工及精加工的一种最为理想的刀具材料。其中W11Mo7Co23型时效硬化高速钢在切削钛合金时,寿命是18-4-1高速钢的30~40倍,是BK8硬质合金的8~10倍,在切削奥氏体钢、难熔金属时,是含钴高速钢的10~20倍。但该合金由于含有大量的W、Mo、Co等贵重合金元素(合金总量高达40wt.%以上,尤其是Co含量高达23wt.%以上),价格十分昂贵,限制了其应用。采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯铁表面渗入W、Mo、Co等合金元素,可形成近于时效硬化高速钢合金含量及硬度水平的表面合金层,极大的降低了合金成本,具有广阔的应用前景。但以工业纯铁为基体材料,强度太低,限制了其工业应用。为促进其工业应用,本文以工业纯铁及具有一定强度的20钢、45钢、T8钢等不同含碳量材料作为基材,进行了表面时效硬化高速钢的研究。通过系统的渗金属工艺研究,重点分析了工艺参数对合金层元素含量的影响以及基体碳对合金层组织的影响;对表面合金层的时效硬化性能及抗回火软化性能进行了初步研究;对课题涉及到的一些问题,如源极成分设计、扩散过程中合金元素相互作用、合金层的析出物等进行了理论分析。 对工业纯铁进行渗金属的研究结果表明,渗金属工艺与合金层元素含量之间存在明显的对应关系。在一定的工艺条件下渗金属,工业纯铁表面可以形成近于W11Mo7Co23型时效硬化高速钢成分的表面合金层,合金层元素含量为:W8~11wt.%,Mo4~7wt.%,Co16~20 wt.%。最佳渗金属工艺范围为:源极电压900~1000V,阴极电压500~600V,气压40Pa,渗金属温度1100~1200℃,保温时间3~6小时。 合金层W、Mo最高含量主要受固溶度的限制;合金层Co的最高含量主要受金属势的控制,增加源极的Co含量,可以提高基体表面Co的金属势,进而提高Co在合金层中的最高含量。合金层Co含量随渗金属温


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