《高速鋼多組分合金碳化物回火粗化行為原子尺度研究》是依託東南大學，由周雪峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速鋼多組分合金碳化物回火粗化行為原子尺度研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周雪峰
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高速鋼是機械加工製造業的基礎原材料之一，但因合金碳化物粗化產生的紅硬性不足問題，限制了其在高溫切削場合下的套用。非碳化物形成元素（Co、Al）可改善高速鋼紅硬性，然而其作用機理尚不明晰。 本課題擬採用場離子顯微鏡、三維原子探針、高分辨透射電鏡、穆斯堡爾譜等手段，研究Co、Al對高速鋼回火過程微觀組織演變特別是合金碳化物M2C和MC粗化行為的影響；研究非碳化物形成元素Co、Al和碳化物形成元素W、Mo、Cr、V在鐵素體、M2C、MC中的分配情況，分析Co、Al對碳化物形成元素相分配的影響，獲得多組分合金碳化物M2C和MC的原子組成；根據碳化物原子組成，結合第一性原理計算，研究M2C和MC（M=W, Mo, Cr, V, Fe）的穩定性，探討多組分合金碳化物的粗化機制，闡明非碳化物形成元素在碳化物析出過程中的作用機理，以期為最佳化高速鋼成分設計、開發高溫性能優異的高速鋼提供理論支撐。
結題摘要
高速鋼刀具在高速切削過程中，刃部溫度顯著升高，導致刀刃軟化、加工效率和精度急劇降低。添加非碳化物形成元素（Co、Al），可顯著提升高速鋼高溫性能，但其作用機理至今尚不明晰。本課題研究了高速鋼回火過程微觀組織變化規律，重點關注了合金碳化物演變行為，分析了合金元素在鐵素體和碳化物中的分配情況，並結合第一性原理計算，以期闡明合金元素對碳化物穩定性的影響規律及機理。 高速鋼回火後析出大量與基體共格的納米級合金碳化物MC和M2C，是高速鋼具有良好高溫性能的主要原因。過回火階段，M2C碳化物尺寸粗化傾向明顯、發生結構轉變，而MC碳化物則表現出較高的尺寸和結構穩定性，對保持高溫性能穩定發揮主要作用。 高速鋼回火過程中同時發生合金碳化物析出、長大和粗化，碳化物粗化行為不符合經典的LSW熟化理論。粗化過程伴隨有元素重新分配：Cr、Mo元素向碳化物中富集，而Fe、W元素則從碳化物中脫溶。降低碳化物粗化速率，必須抑制合金元素特別是Cr元素擴散。 Co之所以能提高熱穩定性，一方面由於Co影響碳化物析出過程，提高碳化物析出數量；另一方面，Co改變了合金元素特別是Cr元素的相分配行為，降低了碳化物的長大速率，延長了碳化物析出強化效應。 Al影響M2C合金碳化物生長過程，改變碳化物形態和結構。Al改變了相變過程中合金元素的分配行為，增強了碳化物熱穩定性。過量Al的加入，促進基體由馬氏體轉變為鐵素體，降低材料硬度。Al加入量應控制在1wt%以下，以避免過量Al加入帶來的不利影響。 第一性原理計算表明，摻雜Cr元素降低碳化物晶格常數與穩定性，摻雜W、Mo元素增加晶格常數及穩定性，特別是W元素更為明顯。Co、Al通過改變Cr、W、Mo等合金元素的相分配，改變了碳化物晶格常數及穩定性，從而影響碳化物高溫熱處理過程的演變行為。 形變可誘導M2C碳化物相變反應，這是由於變形後碳化物內部產生位錯和層錯缺陷，可成為相變新相的非均勻形核位置。這為實際生產中尋找替代合金元素添加的方法、解決合金碳化物粗化問題提供了可能。
