关键词：
YG12超细晶硬质合金
M2Al高速钢
超低温处理
显微组织
力学性能
强化机理
摘要：
钛合金是典型的难加工材料,但是它具有优良的综合力学性能,在航空航天领域占据着不可替代的位置。因此,在切削加工钛合金时,对刀具材料提出了更高的要求。超细晶硬质合金和高性能高速钢分别是钛合金精加工和粗加工的典型刀具材料,而超低温处理(或深冷处理)是绿色生产技术,在提高材料力学性能中发挥着重要的作用,符合时代发展潮流。本文的主要研究内容是考察不同的超低温处理工艺对YG12和M2A1两种材料力学性能的影响及其强化机理。首先,本文对YG12超细晶硬质合金进行了超低温处理工艺研究及机理分析,包括处理时间、次数、方式及后退火处理等工艺。研究结果表明：超低温处理可以提高材料的力学性能,随着处理时间的延长,材料的力学性能也在不断提高；多次短时间深冷可以提高材料的力学性能,当深冷处理3次时,材料的抗弯强度下降,在断口处有微裂纹产生。考察了将材料浸入液氮和以3。C/min的冷速降至一196℃后保温这两种深冷方法效果的对比,结果表明,在一次深冷过程中,直接浸入液氮处理不会降低材料的性能；利用深冷与退火处理配合来研究残余热应力对材料力学性能的影响,结果表明,深冷处理可以松弛热残余应力,残余应力降低有利于提高材料的力学性能。经过多次深冷与退火循环处理后可以修复材料微观缺陷,较大程度提高材料的力学性能,抗弯强度较未深冷态提高约40%。综合分析表明,深冷处理能够提高材料力学性能,是深冷过程中发生α-Co向ε-Co的转变与残余热应力得到松弛的综合作用结果。其次,对M2AI高速钢进行了深冷处理工艺及其机理研究,也包括处理时间、次数、方式及深冷与热处理工艺顺序等方面的研究。结果表明：超低温处理也可以提高M2A1材料的力学性能,促使更多的二次细小碳化物的析出；深冷20h后影响不大,淬火和深冷后析出的碳化物均为金刚石结构的Fe3W3C；经过2次短时间深冷可以提高材料的力学性能,当深冷3次时,材料的抗弯强度急剧下降,在断口处有多处微裂纹产生；直接将材料浸入液氮和以3℃/min的速度将至一196。C后保温,两种深冷方式进行对比,结果表明,在一次深冷过程中,直接浸入液氮处理不会降低材料的性能；深冷处理前进行回火处理,提高了奥氏体的稳定性,降低了深冷处理的效果,深冷后进行回火处理,材料的强度大幅上升,抗弯强度较淬火态提高约60%,是由于大量细小Fe3W3C析出起到了弥散强化的作用；深冷处理使M2A1高速钢的二次硬化温度降低至500℃,此时硬度值达到1180HV,约提高了15%。深冷处理提高M2A1高速钢力学性能主要原因是,深冷过程促进了残余奥式体转化为马氏体,并有大量的金刚石结构的Fe3W3C析出,这种碳化物本身就具有很高的硬度和强度,金刚石结构有非常稳定不易被破坏,起到了弥散强化的作用。
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