高速鋼凝固過程中元素偏析與晶界脆化改善的研究

首次用RE、Al、B、Ti、Si、N復(fù)合變質(zhì)劑對M2高速鋼進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)晶界網(wǎng)狀共晶碳化物大大減少與細(xì)化；不易分解的魚骨狀或骨骼狀M6C被消除，易分解的細(xì)層片狀M2C增多，呈塊門面、斷網(wǎng)狀分布在晶界上；彌散分布的MC增多；W、Mo偏析系數(shù)分別減少58.7%與22.5%；經(jīng)900-1100℃退火，可使網(wǎng)狀共晶碳化物斷網(wǎng)、?；?、呈彌散分布。發(fā)現(xiàn)A1呈負(fù)偏析分布，固溶于M2C中，使其分解溫度降至900℃；Ti（C，N）可作為MC的異質(zhì)核心；RE、B促進(jìn)共晶碳化物在高溫下球化；Si促進(jìn)魯骨狀M6C形成。變質(zhì)與未變質(zhì)鑄造M2高速鋼相比，硬度、紅硬性、σk、K1C等均顯著提高，切削壽命提高3倍。給出了變質(zhì)鑄造M2高速鋼最佳生產(chǎn)工藝。本成果特點為壽命高、成本低、效益大。

由于元素或化合物在液相和固相中溶解度的差異，鐵合金在凝固過程中會出現(xiàn)成分偏析。在結(jié)晶過程中幾乎所有的雜質(zhì)元素都會在平衡過程中重新在液相或固相中分配。雜質(zhì)分布也取決于結(jié)晶過程的完成狀況和結(jié)晶達(dá)到的平衡程度。按成分分類偏析基本可以分為五類：

（1）主要元素的偏析，如硅、鐵、錳等；

（2）在主元素相中溶解度小的或不溶解的元素，如硅、鋁、鈣等；

（3）碳的偏析；

（4）夾雜物偏析，如氧化物、爐渣以及內(nèi)生夾雜氮化物、硫化物、磷化物等；

（5）氣體在合金中的偏析等。

鐵合金偏析的類型大體分為宏觀偏析與顯微偏析。宏觀偏析主要是由于液態(tài)金屬在凝固時運(yùn)動造成鐵合金錠內(nèi)部各點成分的宏觀差異。顯微偏析主要是結(jié)晶引起的晶界偏析等。一般來說，宏觀分析將直接影響鐵合金的使用，需要盡量加以避免。

研究了Ce對M2高速鋼凝固組織的影響及其作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)Ce在高速鋼中可減輕W，Mo等合金元素的偏析，使共晶碳化物量減少并細(xì)化；Ce主要偏聚在晶界共晶碳化物與奧氏體的界面上，并有部分Ce參與形成含Ce的M2C碳化物；Ce促進(jìn)共晶碳化物在高溫加熱時的斷網(wǎng)和團(tuán)球化。2100433B