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喷射成形是近年来发展极其迅速的一种崭新的金属和合金成形技术,它不仅仅具有快速凝固的优点,可以生产低偏析、细晶粒、高致密度和近终形尺寸的坯料,而且简化了生产工序,从而比一般粉末冶金生产工艺降低了成本。
利用喷射成形技术,制备了GCrl5轴承钢沉积坯及其过喷粉末。本文采用扫描电子显微镜、金相显微镜以及洛式硬度仪和GLEEBLE热力学模拟实验机等,对喷射成形GCrl5沉积坯和过喷粉末的组织和性能进行了研究。主要内容包括喷射成形沉积坯组织特征及其形成机制,沉积坯硬度和压缩力学性能分析,以及热处理对沉积坯组织和性能的影响。同时,对喷射成形过喷粉末的形貌和组织,雾化过程中液滴的凝固机制等问题进行了研究。
实验用普通铸坯组织粗大,主要以片状马氏体为基体,还有下贝氏体和少量残余奥氏体组成,晶界则由粗大的网状共析碳化物组成,晶界上有明显的宏观偏析,及碳化物液析。而喷射成形GCr15沉积坯组织为细小的片状珠光体和细小的碳化物。喷射成形技术细化了合金的组织,避免了合金元素的偏析,可以得到显微组织明显优于常规工艺的超高碳钢。
喷射成形GCr15钢试样经过球化退火,原始的片状珠光体转变成粒状珠光体。喷射成形GCr15钢试样经过淬回火热处理后,其组织为隐晶马氏体以及残余奥氏体和碳化物。
热压缩过程,随着试样加热温度的增大,沉积坯的弹性模量逐渐升高,到650oC出现最大值,此时,试样的刚度最好。然后随着温度的升高逐渐降低,到1200oC时基本回复到常温条件下的弹性模量值。
喷射成形原始态试样硬度明显低于铸态试样硬度,比铸态试样更利于切削加工;喷射成形试样经球化退火后,硬度降低。而经淬回火后硬度升高,试样经冷热压缩后,硬度会随致密度的升高而升高,且经热压缩后硬度高于冷压缩后的硬度。
喷射成形GCr15钢过喷粉末的尺寸为10~250μm之间,其中颗粒直径在35~80μm之间的颗粒占75%以上;其尺寸及形状相对比较均匀, 大多数呈球形或类球形特征。过喷粉末中,大颗粒以异质生核为主,为多晶核组织;极少数小颗粒以同质生核为主,多为单晶核组织。无论大小颗粒,内部组织均为枝晶组织,并且随着粉末粒度的减小显微组织逐渐细化。