M2高速钢盘条退火工艺的优化
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收稿日期 :2008208213 ;修订日期 :2009202220 基金项目 :江苏省科技成果转化专项资金资助项目 (BA2005053) 作者简介 :周雪峰 (1982 - ) ,男 ,江苏徐州人 ,博士研究生 。 导师 :蒋建清教授
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热处理后盘条的塑性一般不予考察 。然而 ,高温长 时间退火虽然可以软化盘条 ,但并不能保证后其序 拉拔过程所需的塑性 ,甚至还会导致硬度和红硬性 的降低 ,降低用其所制造出麻花钻的使用性能[4] 。 为此 ,作者研究了退火工艺对高速钢盘条显微组织 和力学性能的影响 ,并对退火工艺参数进行了优化 , 使盘条在硬度降低的同时 ,还可获得良好的塑性 ,以 改善其拉拔性能 。
左右时珠光体的转变速度较快 ,因此选择在 760 ℃ 对 M2 盘条进行等温退火 。由图 5 可见 ,经不同时 间等温转变后 ,一次碳化物颗粒形态和尺寸没有明 显变化 。与加热温度和保温时间相比 ,等温转变时 间对一次碳化物影响不大 。
由图 6 可以看出 ,不同等温转变时间下 ,盘条的 硬度和抗拉强度变化不大 ,而断面收缩率变化较为明 显 ,其中等温 5 h 盘条的断面收缩率最大 ,塑性最好 。
1 试样制备与试验方法
试验材料为 < 11 mm 的 M2 高速钢盘条 ,其化 学成分 (质量分数/ %) 为 0. 87C ,0. 32Si ,0. 26Mn , 5. 83W ,4. 61Mo ,3. 99Cr ,1. 76V 。对盘条进行等温 退火处理 ,退火工艺制定如下 :第一组试样分别加热 至 840 ,860 ,880 ,900 ,920 ℃保温 2 h ,然后炉冷至
关键词 : M2 高速钢盘条 ; 塑性 ; 退火工艺 ; 碳化物
中图分类号 : T G156. 2 文献标志码 : A 文章编号 : 100023738 (2009) 0820054203
Optimized Anneal ing Process of M2 High Speed Steel Wires
周雪峰 ,等 :M2 高速钢盘条退火工艺的优化
760 ℃等温 5 h ,再炉冷至室温 ;第二组试样于 880 ℃分别保温 2 ,5 ,10 h ,然后炉冷至 760 ℃等温 5 h , 再炉冷至室温 ;第三组试样于 880 ℃保温 2 h ,然后 炉冷至 760 ℃分别等温 2 ,5 ,7 h ,再炉冷至室温 。
ZHOU Xue2feng , FA百度文库G Feng , JIANG Jian2qing
(Depart ment of Materials Science and Engineering , Jiangsu Key Laborato ry of Advanced Metallic Materials , So ut heast U niversity , Nanjing 211189 , China)
除加热温度外 ,保温时间是影响奥氏体转变的另 一个重要因素。880 ℃加热时 ,虽然不同保温时间差 别较大 ,但基体均已充分奥氏体化 ,应力得到消除 ,已 属于完全退火 ,因而盘条的硬度和抗拉强度变化不 大 ;然而 ,保温时间过长 ,导致一次碳化物颗粒粗化 , 使盘条的塑性降低 。所以适宜的保温时间为 2 h 。 2. 3 等温转变时间对显微组织和力学性能的影响
Abstract : The effect of annealing p rocess parameters including heating temperat ure , holding time and
isot hermal t ransformatio n on micro st ruct ure and mechanical p roperties of M2 high speed steel wires p rocessed by different isot hermal annealing p rocesses was investigated. The p rocess was optimized on t his basis. The result s show t hat excessive high temperat ure and lo ng time could cause t he coarsening of p rimary carbides , reducing t he plasticity. Excesssive short isot hermal t ransformatio n time went against t he forming of pearlite , and made t he plasticity decreaesed. The app rop riate annealing p rocess of M2 wires was heating at 880 ℃for 2 h and t hen f urnace2 cooled to 760 ℃for 5 h. Fine and sp herical p rimary carbides were fo rmed in annealed so rbite after annealing wit h t ho se parameters which cause t he wires obtaining good plasticity.
由图 2 可见 ,840 ℃加热时 ,M2 高速钢盘条的 断面收缩率较低 ,仅 10 % ,而硬度和抗拉强度明显 高于其它温度的 ;随加热温度的升高 (在 880 ℃前) , 盘条的断面收缩率逐渐增大 ,硬度和抗拉强度降低 ; 当加热温度超过 880 ℃后 ,盘条的硬度和抗拉强度 变化不大 ,但断面收缩率则逐渐降低 。
M2 高速钢的奥氏体转变开始温度为 840 ℃,结 束温度为 890 ℃,根据退火温度与奥氏体转变温度之 间的经验关系[1] ,理论退火加热温度应控制在 870～ 880 ℃。在 840 ℃加热 ,盘条没有完全奥氏体化 ,退
火不充分 ,内部应力未完全消除 ,使得盘条的抗拉强 度和硬度较高而塑性较低 ,不利于拉拔。当加热温度 为 920 ℃时 ,充分奥氏体化后虽然消除了内应力 ,但 过高温度导致一次碳化物长大 ,大尺寸碳化物颗粒形 成内部缺陷在拉拔时易产生微裂纹造成断裂[1] ,损害 盘条的塑性。因此 ,退火加热温度宜选在 880 ℃。 2. 2 保温时间对显微组织和力学性能的影响
采用 Axiovert2200 型光学显微镜观察显微组 织 ,腐蚀剂为 4 %的硝酸酒精 ;使用 CM T5105 型拉 伸试验机于室温下按 GB/ T 228 - 2002 进行拉伸性 能测试 ,拉伸试样为比例试样 ,标距为 55 mm ;使用 HV I210A 型维氏硬度计测试硬度 ,每个试样测 3 点 取平均值 。
由图 3 可见 ,保温时间不超过 5 h 时 ,钢中一次 碳化物颗粒尺寸细小 ,外观比较规则 ,多呈球状 ;当保 温时间达到 10 h 后 ,碳化物颗粒开始粗化 ,且不规则 块状碳化物数量增加 。
由图 4 可见 ,保温时间在 2～5 h 范围内 ,盘条的 断面收缩率较高 ,塑性良好 ;延长保温时间 ,盘条的硬 度和抗拉强度变化不大 ,而断面收缩率明显降低 。
摘 要 : 采用不同等温退火工艺对 M2 高速钢盘条进行了退火处理 ,研究了加热温度 、保温时间 和等温转变时间等工艺参数对其显微组织和力学性能的影响 ,在此基础上优化了其等温退火工艺 。 结果表明 :加热温度过高和保温时间过长会使一次碳化物颗粒长大粗化 ,降低盘条的塑性 ;而等温 转变时间过短不利于珠光体的形成 ,同样使盘条塑性不高 ; M2 高速钢盘条比较合理的退火工艺为 880 ℃加热 2 h ,炉冷至 760 ℃等温 5 h ,可得到退火索氏体中弥散分布着细小球状一次碳化物颗粒 的组织 ,使高速钢盘条具有良好的塑性 。
2 试验结果与讨论
2. 1 加热温度对显微组织和力学性能的影响 由图 1 可见 ,M2 高速钢盘条经不同加热温度保
温 2 h 炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织基本相 同 ,均为退火索氏体中弥散分布着一次碳化物颗粒 。 只是当加热温度低于 880 ℃时 ,一次碳化物颗粒尺寸 较小 ,外观近似呈球状 ;当加热温度达到 920 ℃时 ,一 次碳化物颗粒急剧长大、粗化 ,部分碳化物尺寸甚至 达到近 20μm ,形态由球状转变为不规则的块状。
M2 高速钢中含有大量合金元素 ,加热时会溶 入奥氏体中 ,增加奥氏体稳定性 ,推迟珠光体转变 。 因 此该钢在760 ℃等温2 h后 ,珠光体转变未能充
( a) 2 h
( b) 5 h
( c) 7 h
图 5 M2 盘条在 880 ℃保温 2 h 后炉冷至 760 ℃等温不同时间后的显微组织
第 33 卷 第 8 期 2009 年 8 月
机 械 工 程 材 料
Material s for Mechanical Engineering
Vol. 33 No . 8 Aug. 2009
M2 高速钢盘条退火工艺的优化
周雪峰 , 方 峰 , 蒋建清 (东南大学材料科学与工程学院 ,江苏省先进金属材料重点实验室 ,南京 211189)
Fig. 5 Microstructures of M2 wires heated at 880 ℃for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for different times
( a) 840 ℃
( b) 880 ℃
( c) 920 ℃
图 1 M2 盘条经不同加热温度保温 2 h 后炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织
Fig. 1 Microstructures of M2 wires heated at different temperatures for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
Key words : M2 high speed steel wire ; plasticity ; annealing p rocess ; carbide
0 引 言
高速钢具有硬度高 、耐磨性好 、红硬性强等优 点 ,是制造麻花钻 、丝锥等切削工具的主要材料 。生 产中为了满足钻头规格及尺寸精度的要求 ,需要对 高速钢盘条进行单道多次冷拉拔 。然而 ,由于高速 钢盘条的塑性差 ,拉拔时极易断丝 ,因此在拉拔前必 须对盘条进行退火处理 。目前 ,高速钢盘条多采用 重结晶退火工艺[1] ,通过在奥氏体化温度下长时间 保温 ,达到消除应力 、降低硬度的目的[2 - 3] ,而对于
图 4 M2 盘条在 880 ℃保温不同时间后炉冷至 760 ℃ 等温 5 h 后的力学性能
Fig. 4 Mechanical properties of M2 wires heated at 880 ℃for different times and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
图 2 M2 盘条经不同加热温度保温 2 h 后炉冷至 760 ℃ 等温 5 h 后的力学性能
Fig. 2 Mechanical properties of M2 wires heated at different temperatures for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
根据M2高速钢的退火等温转变曲线[1] ,760 ℃
·55 ·
周雪峰 ,等 :M2 高速钢盘条退火工艺的优化
( a) 2 h
( b) 5 h
( c) 10 h
图 3 M2 盘条在 880 ℃保温不同时间后炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织
Fig. 3 Microstructure of M2 wires heated at 880 ℃f or different times and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
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热处理后盘条的塑性一般不予考察 。然而 ,高温长 时间退火虽然可以软化盘条 ,但并不能保证后其序 拉拔过程所需的塑性 ,甚至还会导致硬度和红硬性 的降低 ,降低用其所制造出麻花钻的使用性能[4] 。 为此 ,作者研究了退火工艺对高速钢盘条显微组织 和力学性能的影响 ,并对退火工艺参数进行了优化 , 使盘条在硬度降低的同时 ,还可获得良好的塑性 ,以 改善其拉拔性能 。
左右时珠光体的转变速度较快 ,因此选择在 760 ℃ 对 M2 盘条进行等温退火 。由图 5 可见 ,经不同时 间等温转变后 ,一次碳化物颗粒形态和尺寸没有明 显变化 。与加热温度和保温时间相比 ,等温转变时 间对一次碳化物影响不大 。
由图 6 可以看出 ,不同等温转变时间下 ,盘条的 硬度和抗拉强度变化不大 ,而断面收缩率变化较为明 显 ,其中等温 5 h 盘条的断面收缩率最大 ,塑性最好 。
1 试样制备与试验方法
试验材料为 < 11 mm 的 M2 高速钢盘条 ,其化 学成分 (质量分数/ %) 为 0. 87C ,0. 32Si ,0. 26Mn , 5. 83W ,4. 61Mo ,3. 99Cr ,1. 76V 。对盘条进行等温 退火处理 ,退火工艺制定如下 :第一组试样分别加热 至 840 ,860 ,880 ,900 ,920 ℃保温 2 h ,然后炉冷至
关键词 : M2 高速钢盘条 ; 塑性 ; 退火工艺 ; 碳化物
中图分类号 : T G156. 2 文献标志码 : A 文章编号 : 100023738 (2009) 0820054203
Optimized Anneal ing Process of M2 High Speed Steel Wires
周雪峰 ,等 :M2 高速钢盘条退火工艺的优化
760 ℃等温 5 h ,再炉冷至室温 ;第二组试样于 880 ℃分别保温 2 ,5 ,10 h ,然后炉冷至 760 ℃等温 5 h , 再炉冷至室温 ;第三组试样于 880 ℃保温 2 h ,然后 炉冷至 760 ℃分别等温 2 ,5 ,7 h ,再炉冷至室温 。
ZHOU Xue2feng , FA百度文库G Feng , JIANG Jian2qing
(Depart ment of Materials Science and Engineering , Jiangsu Key Laborato ry of Advanced Metallic Materials , So ut heast U niversity , Nanjing 211189 , China)
除加热温度外 ,保温时间是影响奥氏体转变的另 一个重要因素。880 ℃加热时 ,虽然不同保温时间差 别较大 ,但基体均已充分奥氏体化 ,应力得到消除 ,已 属于完全退火 ,因而盘条的硬度和抗拉强度变化不 大 ;然而 ,保温时间过长 ,导致一次碳化物颗粒粗化 , 使盘条的塑性降低 。所以适宜的保温时间为 2 h 。 2. 3 等温转变时间对显微组织和力学性能的影响
Abstract : The effect of annealing p rocess parameters including heating temperat ure , holding time and
isot hermal t ransformatio n on micro st ruct ure and mechanical p roperties of M2 high speed steel wires p rocessed by different isot hermal annealing p rocesses was investigated. The p rocess was optimized on t his basis. The result s show t hat excessive high temperat ure and lo ng time could cause t he coarsening of p rimary carbides , reducing t he plasticity. Excesssive short isot hermal t ransformatio n time went against t he forming of pearlite , and made t he plasticity decreaesed. The app rop riate annealing p rocess of M2 wires was heating at 880 ℃for 2 h and t hen f urnace2 cooled to 760 ℃for 5 h. Fine and sp herical p rimary carbides were fo rmed in annealed so rbite after annealing wit h t ho se parameters which cause t he wires obtaining good plasticity.
由图 2 可见 ,840 ℃加热时 ,M2 高速钢盘条的 断面收缩率较低 ,仅 10 % ,而硬度和抗拉强度明显 高于其它温度的 ;随加热温度的升高 (在 880 ℃前) , 盘条的断面收缩率逐渐增大 ,硬度和抗拉强度降低 ; 当加热温度超过 880 ℃后 ,盘条的硬度和抗拉强度 变化不大 ,但断面收缩率则逐渐降低 。
M2 高速钢的奥氏体转变开始温度为 840 ℃,结 束温度为 890 ℃,根据退火温度与奥氏体转变温度之 间的经验关系[1] ,理论退火加热温度应控制在 870～ 880 ℃。在 840 ℃加热 ,盘条没有完全奥氏体化 ,退
火不充分 ,内部应力未完全消除 ,使得盘条的抗拉强 度和硬度较高而塑性较低 ,不利于拉拔。当加热温度 为 920 ℃时 ,充分奥氏体化后虽然消除了内应力 ,但 过高温度导致一次碳化物长大 ,大尺寸碳化物颗粒形 成内部缺陷在拉拔时易产生微裂纹造成断裂[1] ,损害 盘条的塑性。因此 ,退火加热温度宜选在 880 ℃。 2. 2 保温时间对显微组织和力学性能的影响
采用 Axiovert2200 型光学显微镜观察显微组 织 ,腐蚀剂为 4 %的硝酸酒精 ;使用 CM T5105 型拉 伸试验机于室温下按 GB/ T 228 - 2002 进行拉伸性 能测试 ,拉伸试样为比例试样 ,标距为 55 mm ;使用 HV I210A 型维氏硬度计测试硬度 ,每个试样测 3 点 取平均值 。
由图 3 可见 ,保温时间不超过 5 h 时 ,钢中一次 碳化物颗粒尺寸细小 ,外观比较规则 ,多呈球状 ;当保 温时间达到 10 h 后 ,碳化物颗粒开始粗化 ,且不规则 块状碳化物数量增加 。
由图 4 可见 ,保温时间在 2～5 h 范围内 ,盘条的 断面收缩率较高 ,塑性良好 ;延长保温时间 ,盘条的硬 度和抗拉强度变化不大 ,而断面收缩率明显降低 。
摘 要 : 采用不同等温退火工艺对 M2 高速钢盘条进行了退火处理 ,研究了加热温度 、保温时间 和等温转变时间等工艺参数对其显微组织和力学性能的影响 ,在此基础上优化了其等温退火工艺 。 结果表明 :加热温度过高和保温时间过长会使一次碳化物颗粒长大粗化 ,降低盘条的塑性 ;而等温 转变时间过短不利于珠光体的形成 ,同样使盘条塑性不高 ; M2 高速钢盘条比较合理的退火工艺为 880 ℃加热 2 h ,炉冷至 760 ℃等温 5 h ,可得到退火索氏体中弥散分布着细小球状一次碳化物颗粒 的组织 ,使高速钢盘条具有良好的塑性 。
2 试验结果与讨论
2. 1 加热温度对显微组织和力学性能的影响 由图 1 可见 ,M2 高速钢盘条经不同加热温度保
温 2 h 炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织基本相 同 ,均为退火索氏体中弥散分布着一次碳化物颗粒 。 只是当加热温度低于 880 ℃时 ,一次碳化物颗粒尺寸 较小 ,外观近似呈球状 ;当加热温度达到 920 ℃时 ,一 次碳化物颗粒急剧长大、粗化 ,部分碳化物尺寸甚至 达到近 20μm ,形态由球状转变为不规则的块状。
M2 高速钢中含有大量合金元素 ,加热时会溶 入奥氏体中 ,增加奥氏体稳定性 ,推迟珠光体转变 。 因 此该钢在760 ℃等温2 h后 ,珠光体转变未能充
( a) 2 h
( b) 5 h
( c) 7 h
图 5 M2 盘条在 880 ℃保温 2 h 后炉冷至 760 ℃等温不同时间后的显微组织
第 33 卷 第 8 期 2009 年 8 月
机 械 工 程 材 料
Material s for Mechanical Engineering
Vol. 33 No . 8 Aug. 2009
M2 高速钢盘条退火工艺的优化
周雪峰 , 方 峰 , 蒋建清 (东南大学材料科学与工程学院 ,江苏省先进金属材料重点实验室 ,南京 211189)
Fig. 5 Microstructures of M2 wires heated at 880 ℃for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for different times
( a) 840 ℃
( b) 880 ℃
( c) 920 ℃
图 1 M2 盘条经不同加热温度保温 2 h 后炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织
Fig. 1 Microstructures of M2 wires heated at different temperatures for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
Key words : M2 high speed steel wire ; plasticity ; annealing p rocess ; carbide
0 引 言
高速钢具有硬度高 、耐磨性好 、红硬性强等优 点 ,是制造麻花钻 、丝锥等切削工具的主要材料 。生 产中为了满足钻头规格及尺寸精度的要求 ,需要对 高速钢盘条进行单道多次冷拉拔 。然而 ,由于高速 钢盘条的塑性差 ,拉拔时极易断丝 ,因此在拉拔前必 须对盘条进行退火处理 。目前 ,高速钢盘条多采用 重结晶退火工艺[1] ,通过在奥氏体化温度下长时间 保温 ,达到消除应力 、降低硬度的目的[2 - 3] ,而对于
图 4 M2 盘条在 880 ℃保温不同时间后炉冷至 760 ℃ 等温 5 h 后的力学性能
Fig. 4 Mechanical properties of M2 wires heated at 880 ℃for different times and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
图 2 M2 盘条经不同加热温度保温 2 h 后炉冷至 760 ℃ 等温 5 h 后的力学性能
Fig. 2 Mechanical properties of M2 wires heated at different temperatures for 2 h and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h
根据M2高速钢的退火等温转变曲线[1] ,760 ℃
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周雪峰 ,等 :M2 高速钢盘条退火工艺的优化
( a) 2 h
( b) 5 h
( c) 10 h
图 3 M2 盘条在 880 ℃保温不同时间后炉冷至 760 ℃等温 5 h 后的显微组织
Fig. 3 Microstructure of M2 wires heated at 880 ℃f or different times and f urnace2cooled to 760 ℃for 5 h