材料专业毕业设计答辩PPT

碳化物在刀具钢中的作用学　　号：学生姓名：指导教师：哈尔滨 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 大学本科生毕业论文一毕业设计的主要内容毕业设计主要针对刀具钢，就W18Cr4V、9SiCr、T12这3种具有代表性的刀具钢分析其显微组织，了解组织中碳化物情况。通过金相、扫描电镜、能谱等手段，分析材料中碳化物的成分、颗粒大小、分布等，从中了解不同类型碳化物对刀具钢性能及实用性的影响。二碳化物对W18Cr4V钢性能的影响1、W18Cr4V的化学成分W18Cr4V钢是常用的钨系高速钢的一种，特点是红硬性和耐磨性高，淬透性好，并且具有一定的韧性，因而在实际生产中常用来制造高速切削刀具和冷作模具。W18Cr4V钢热处理工艺曲线2、合金元素的作用碳主要与铁、钨、铬、钒、钼等元素形成碳化物，对刀具硬度、耐磨性、红硬性起到重要作用。钨是影响W18Cr4V钢红硬性的主要元素，红硬性随钨量的增加而增加，含钨量达到18%其性能最好。铬能提高钢的淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力钒能提高钢的红硬性，碳化钒的硬度高,颗粒细小、均匀，对提高钢的硬度、耐磨性和韧性有很大影响。3、实验准备本次实验在W18Cr4V部分主要取了5个试样，包括一个原始态试样、一个1280℃淬火油冷试样、400℃回火试样、560℃回火试样、650℃回火试样。其中3个不同温度回火的样件都是经过3次回火。试样经磨制、抛光再用3%硝酸酒精溶液侵蚀。4、W18Cr4V钢中碳化物分析W18Cr4V钢中碳化物类型主要是Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、和复合型碳化物(W，Mo，Fe，Cr，V)6C。其中以(W，Mo，Fe，Cr，V)6C为主，碳化物类型：W18Cr4V钢中碳化物形状有细小的二次碳化物，大小在1μm以下，主要是Fe3C和Cr23C6，这类碳化物形状规则、分布均匀。二次碳化物在回火过程中析出形成二次硬化，二次碳化物的存在提高了钢的硬度和韧性。碳化物类型中还有一种W2Mo，它的颗粒也很细小，W2Mo可以提高钢的红硬性，从而提高了工具的使用寿命。碳化物大小在5μm左右，是组织中碳化物的主要类型。这类碳化物的形状出现了多样化，规则的如圆形和椭圆形，不规则的有细条形和三角形等。此类碳化物组织中分布广，均匀的分布能提高钢的硬度的耐磨性。直径在10μm以上的碳化物，这类碳化物以M6C（M6C是复杂的钨钼碳化物）型为主。形状极不规则，多为长条形和方形，有明显的棱角。大颗粒碳化物对组织的影响很大，在棱角处容易出现微裂纹，而且碳化物容易剥落形成孔洞影响材料硬度，大量的存在会使材料变得硬而脆，但是少量的存在可以提高材料的耐磨性。图1原始态金相照片1650X原始态组织中包括白色块状碳化物、莱氏体组织和黑色回火索氏体。碳化物颗粒大小差别较大，形状不规则（如三角形、长条形、方形），碳化物形状不规则容易使基体产生微裂纹。原始态扫描电镜照片从扫描电镜照片中可以明显的看到碳化物的密集分布，碳化物形状大体是三角形和四边形。碳化物大小都在5μm以下，大颗粒的碳化物直径在5μm左右，小的在1μm左右。1280℃淬火油冷组织1650X在金相照片中可以看到明显的奥氏体晶界，碳化物主要分布于晶界内部，分布比较均匀。1280℃淬火扫描电镜照片碳化物大多为圆形，颗粒较大，图中顶端有个大粒碳化物，比一般的碳化物要大4到5倍，是有多块碳化物熔融而成。最大的碳化物直径在10μm左右，主要类型的碳化物大小在5μm，形状呈椭圆形。(a)(b)(c)a为400℃回火，b为560℃回火，c为650℃回火。对比3个回火试样： 400℃回火组织碳化物最小形状也比较规则，但是由于回火温度低二次碳化物还未大量形成，所以虽然从碳化物大小形状看可能性能比较好，但是由于二次碳化物少，使得碳化物容易剥落，降低了工件的耐磨性和使用寿命。400℃要低于一般高速刀具的工作温度，所以400℃回火工件在工作中容易再次回火，影响工件的使用。 560℃回火组织是最理想的，碳化物分布比较均匀。虽然碳化物较400℃回火要大，但560℃回火已经有大量碳化物融化形成二次碳化物，提高了材料的耐磨性。组织中也存在较多的针状马氏体提高了材料的强度和硬度。 650℃回火组织的碳化物最大，而且形状也不规则，特别是存在较多的长条形碳化物和三角形碳化物，对性能的影响很大。回火温度过高也使得碳化物大量融化粘连。使得材料变的易脆塑性降低。ZAF法简易定量分析拟合系数:0.7903元素(keV)质量%误差%原子数%化合物质量%阳离子数KCK0.27724.811.6764.684.3252VK4.9492.381.351.473.1337CrK5.4113.401.482.054.7342FeK6.39833.981.9419.0545.3273SeL1.3792.621.761.042.9939SrL1.80632.801.8011.7239.4857共计100.00100.00400℃回火组织660X图为400℃回火组织，碳化物组织缺陷明显。可以看到大量碳化物剥落，碳化物剥落影响刀具的耐磨性，同时使刀具容易断裂，560℃回火组织660X左图是560℃回火组织，组织中碳化物分布比较均匀，形状多为规则的圆球形和椭球型，不管是从碳化物的分布情况还是形状都是比较理想的。560℃是工业上回火温度，对碳化物的形状分布要求也比较高。三碳化物对9SiCr和T12钢性能影响1、9SiCr钢9SiCr钢是一种合金工具钢，具有较好的淬透性、淬硬性，回火稳定性好，所以常用于制造形状复杂、变形小、耐磨性高的低速切削刃具，如钻头、丝锥、板牙、铰刀、齿轮铣刀、拉刀等。 9SiCr钢化学成分2、实验准备9SiCr部分就板牙、机用丝锥、铣刀这3个有代表性的合金工具钢刀具试样进行分析9SiCr钢中碳化物对性能影响及如何防止碳化物的剥落。试样热处理工艺：板牙热处理工艺：600～650℃淬火预热，850～880℃淬火加热，180～190℃等温淬火30～45min。190～220℃回火90～120min。机用丝锥热处理工艺：600～650℃淬火预热，850～880℃淬火加热，200～220℃硝盐等温30～40min。180～220℃回火90～120min。铣刀热处理工艺：600～650℃淬火预热，850～880℃淬火加热，80℃以下油冷。160～180℃回火90～120min。(a)(b)a为齿心部位金相组织，b为齿尖部位金相组织。齿心较齿尖硬度和耐磨性都要低。分析组织照片，齿心组织中碳化物呈带状分布；齿尖部位碳化物情况和齿心部位差别很大，碳化物呈网状分布，而且有聚集现象。齿尖部位还能看到明显的碳化物剥落。碳化物不管是呈带状还是网状分布对组织和性能都是不利的，碳化物过度的聚集使应力集中容易导致刀具的脆断。齿尖部位金相组织1650X在齿尖部位出现碳化物开裂对刀具的寿命影响极大，开裂处易形成裂纹原，使铣刀在使用过程中齿尖容易断裂。碳化物呈明显的带状分布、形状也不规则，三角形碳化物棱角分明，容易脆裂。其中大块碳化物容易剥落，影响刀具的耐磨性。板牙组织组织中有清晰可见的奥氏体晶界，组织中碳化物颗粒细小，大小都在1μm以下板牙金相组织1650X丝锥金相组织1650X丝锥和板牙虽然同为9SiCr钢，但金相组织差别较大。丝锥组织中碳化物较板牙中的要大，组织中马氏体较明显，马氏体周围有残余奥氏体。组织中碳化物颗粒大小不均形状不规则，大多有棱角，还有部分碳化物呈长条形。3、T12钢T12钢含碳量高，淬火后有较多的过剩碳化物，硬度和耐磨性高，但韧性低，且淬火变形大。多用于制造不受冲击负荷，切削速度不高，切削刃口不变热的工具。T12钢化学成分 C Mn Si S P 1.25～1.35 ≤0.40 ≤0.35 ≤0.030 ≤0.0354、实验准备在一个完整的手工锯条上取下一段长度约10mm的试样，做金相分析。从而了解T12钢中碳化物的特点。手工锯条的热处理工艺：650～720℃淬火预热，770～790℃淬火加热(加热时采用卡具可减少侧弯)，油冷。175～185℃回火40min(回火是采用卡具压紧可减少平面弯曲)。销孔用550～650℃，5～10s回火处理。（a)(b)图a组织为碳化物+奥氏体+铁素体+马氏体。图中白色针状组织大多为铁素体，碳化物较细小，形状规则，掺杂在铁素体中不易观察。图b为接近锯条齿尖部位的组织，可以看到明显的脱碳现象。齿尖部位铁素体增多和脱碳降低了刀具的硬度，使切削力降低但同时增加了齿尖的韧性，减少了断齿的可能。5、9SiCr钢及T12钢碳化物剥落情况分析9SiCr钢和T12钢的含碳量都很高，组织中也分布着很多碳化物颗粒，对刀具的性能起着关键性的作用，它增加了刀具的硬度、耐磨性和红硬性。但是含碳量高也会出现一些弊端，如碳化物颗粒大、形状不规则、碳化物聚集等等。碳化物含量高随之也会出现碳化物剥落的现象。碳化物剥落对刀具性能和使用寿命影响很大。碳化物剥落会留下凹槽，使用过程中凹槽处易出现微裂纹，成为刀具断裂的隐患。因碳化物颗粒硬度大、脆性大，所以剥落的碳化物颗粒对刀具表面会造成磨损，严重者会产生划痕，导致裂纹的滋生。铣刀试样碳化物剥落情况330X大量的碳化物剥落留下的凹坑。凹坑的大小在5～10μm。碳化物在剥落的时候使周边组织产生变形，剥落留下的凹槽处可能会夹杂一些杂质或合金元素从而代替碳化物留在凹槽处，部分夹杂会引起凹槽的扩大，使得凹槽周围应力集中产生裂纹。丝锥碳化物剥落情况1650X从图中可以看到两处明显的碳化物剥落，直径在12μm左右。如此大颗粒的碳化物剥落对刀具的强度必定带来很大的影响，对低切削速度刀具而言易加速刀口的磨损速度，降低切削质量和精确度。6、碳化物剥落原因及解决措施引起碳化物剥落的因素主要有以下几点：1、一次碳化物颗粒粗大，形状不规则；2、碳化物分布不均匀，有聚集偏析现象；3、热处理工艺不完善(如热加工终止温度过高、冷却速度较小，或退火温度过高、冷却过于缓慢)要改善碳化物剥落应改善碳化物颗粒大小和聚集程度，改善的方法主要有：1、改善热处理工艺，尽量降低退火回火温度，回火要充足，以减小碳化物颗粒的大小。在球化退火时应及时做好脱碳防护。2、加快加热速度和冷却速度，减小加热时间，减少碳化物聚集。3、通过热处理前加工变形对碳化物颗粒和聚集进行破碎，以改善碳化物的大小和分布四总结综合以上分析，可得到以下结论： 1、刀具钢中碳化物数量、类型、颗粒形状和尺寸、分布均匀性等因素对刀具钢的质量和性能产生重要的影响。碳化物颗粒细小，形状为球形或椭球形，分布比较均匀的刀具钢质量好；而颗粒粗大，形状多为角状和分布不均匀等缺陷较多的刀具钢质量差，其性能也差。 2、W18Cr4V钢中碳化物以Fe3C、Cr23C6、Cr7C3、和复合型碳化物(W，Mo，Fe，Cr，V)6C这几类为主。钢中碳化物分布不均匀、大颗粒碳化物多、形状不规则，这类碳化物的存在降低了材料的硬度、强度、耐磨性，增加了材料的脆性，使刀具容易发生脆断。 3、9SiCr钢和T12钢中碳化物尺寸小、形状规则，碳化物缺陷以碳化物聚集和碳化物剥落为主，对刀具的使用寿命影响大，增加了刀具的磨损速度，同时使刀具容易发生崩刃现象。 4、改善9SiCr钢和T12钢中碳化物聚集剥落情况，可以通过热处理前加工变形改善碳化物颗粒大、聚集现象，降低热处理中退火回火温度、减少加热和冷却时间能显著改善碳化物剥落情况。谢谢祝老师身体健康