凝固压力对M42高速钢铸态组织及偏析的影响规律研究

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M42超硬性高速钢在具备高硬度的同时,还保持着优异的韧性,其综合性能明显优于其他高速钢,被广泛应用于切削领域,具有不可替代的地位。然而,传统冶炼方法所制备M42高速钢的凝固组织存在诸多问题,如铸态枝晶组织及碳化物粗大、分布不均匀、大块的莱氏体较多等,严重影响了其加工性能,制约了其应用与推广。加压凝固技术作为高品质特殊钢的一种特殊制备技术,对铸锭的凝固组织具有重要的影响。增大凝固压力具有改善界面换热条件、细化枝晶组织,减少或消除疏松、缩孔和偏析以及改善晶间析出相形态和分布等作用。基于此,本文对不同压力(0.1MPa、1MPa、2MPa)下M42铸锭凝固组织(枝晶、莱氏体、碳化物、疏松、缩孔)和偏析(宏、微观)进行了研究,并结合铸型与铸锭间界面换热系数随压力的变化规律,探讨偏析变化规律和组织演变机理,得到如下主要结论:(1)随着凝固压力的增加,冷却条件得到改善,一次、二次枝晶间距减小,枝晶组织得到了细化,莱氏体平均厚度减小且分布更加均匀。莱氏体的主要种类为M2C共晶莱氏体,少量的M6C共晶莱氏体存在于铸锭心部且随着压力的增大而明显减少,M2C莱氏体占比则随之相应增多。(2)凝固压力的增大显著减小M2C碳化物尺寸、缩短碳化物间距,细化M2C碳化物并使其均匀分布。加压通过强化冷却的作用降低铸锭中液相流动性和溶质再分配程度,促进M2C共晶莱氏体成分均匀分布。(3)M42铸锭的偏析形貌是分布在枝晶间的莱氏体组织,随着凝固压力的增加,枝晶间偏析区域呈现出减少的趋势,并且分布在铸锭心部的偏析点也逐渐减少,铸锭宏观偏析减轻。(4)C、Mo、W、V和Cr在晶间富集,Fe和Co的富集区为枝晶臂。Mo、V、W元素枝晶偏析明显,Mo的偏析程度最大。增大凝固压力阻碍了各元素的扩散,进而加重了晶间微观偏析。(5)凝固压力的增加,缩短枝晶间补缩通道,提高枝晶间钢液的补缩速度和补缩流量,改善钢液对疏松、缩孔的补缩能力,促进补缩的进行,进而减少疏松。
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