高钒高速钢中碳化钒的微细结构分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
参考文献 :
[ 6 ] 魏世忠 ,龙锐. 高钒高耐磨合金锤头的研制及使用
[J ] . 水泥 ,2001 ,8 (8) :31 - 33.
[ 7 ] 龙锐 ,魏世忠 ,刘亚民 ,倪锋 ,徐流杰. 高钒高耐磨合
金的组织与性能[J ] . 矿山机械 ,2001 ,12 :54 - 56.
[ 8 ] 石功奇 ,丁培道. 合金元素对高速钢共晶碳化物的影
部分 与 边 缘 Mo 元 素 平 均 含 量 分 别 为 8121 % 与 9106 % ,均高于化学成分 218 %～312 %。对碳化钒 中黑色微粒子的点分析结果如图 6a 、6b 所示 。从能 谱图和成分表可知 ,黑色微粒子中 Cr ,Fe 和 Mo 含量 都较高 ,尤其是 Mo 含量重量百分比达到 21139 % , 比加入量高出 6 倍以上 。可见 Mo 元素在碳化钒中 是非均匀分布的 ,碳化钒中的纳米微粒子主要是 Mo 元素偏聚形成的 。
[001 ] 、[ 111 ]和[ 110 ]晶带的电子衍射花样 。图中的 精细结构 。另外 ,观察中始终未发现简单立方 V8 C7
弱衍射斑点是碳空位有序形成的超点阵斑点 ,这些 的超点阵斑点 。这可能和实验用钢的碳 、钒比有
超点阵斑点都对应着 V6 C5 (图中加 S 脚标者为 V6 C5 的晶面指数 ,未加脚标者为 VC 的晶面指数) 。需要 进一步说明的是 ,图 2c 中碳的空位有序形成了孪晶 畴结构的电子衍射花样 ,1Π2 (111) VC 和 1Π2 (1 11) VC 处的衍射斑点分别为 V6 C5 的 (003) s 和 (003) st ( st 代 表 V6 C5 的孪晶斑点) 的衍射斑点 (图中黑圈圈出的 斑点) 。从图 2a 、2b 和 2c 的标定可知 ,面心立方 VC 与简单六方结构 V6 C5 之间的取向关系为 (10 10)
团球状和团块状钒碳化物的透射电子衍射花样
分析表明 ,该类型的碳化物为碳化钒相 ,且碳的空位 有序化形成了 V6 C5 简单六角超点阵结构[16] 。有资 料说明[2～4 ,8、9、14] ,VC 为 a = 01412～01416 的面心立 方结构 。一般情况下 ,如果面心立方的全部八面体 间隙均被碳原子占据 ,这时的结构为 NaCl 型 。但 是 ,通常有些八面体间隙未被碳原子占据 ,形成无碳 空位 。如果碳空位有序化 ,就可以导致超点阵的形 成 。根据碳和钒的原子百分比 ,VC0189 时碳空位的有
元素
C
V
Si
Mn
P S
Cr
Mo
Ni
Fe
含量
215
1010
014～018 015～110
0107
410
218～312 016～018
Balance
2 结果与分析
211 团球状和团块状碳化钒 本课题前期研究表明 ,碳化钒有团球状 、团块
状 、开花状 、条状 、短杆状 、蠕虫状等 6 种形状 ;有均 匀分布 、晶间分布 、菊花状分布等 3 种分布形式[12] 。 图 1 所示为试样的背散射电子显微像 。其中 ,碳化 钒呈团球状和团块状 ,平均直径为 10μm 左右 (1a 中 P 所示) 。用 V 元素的特征 X 射线做面扫描证实 ,钒 元素主要分布在碳化钒内 (1b) 。 212 碳化钒相结构分析
第5期
魏世忠等 :高钒高速钢中碳化钒的微细结构分析
48 1
图 3 碳化钒中纳米微粒子的 TEM 像 。Bar = 200nm ;a :明场像 ;b :暗场像 Fig13 TEM images of nanometre micro2grains in vanadium carbides. Bar = 200 nm ; a :Bright field image ;b :Dark
第 24 卷 第 5 期 2005 年 10 月
电 子 显 微 学 报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society
Vol224 ,No15 2005210
文章编号 :100026281 (2005) 0520479205
高钒高速钢中碳化钒的微细结构分析
field image
图 4 碳化钒中心部分微区的 EDS 谱和成分表 。a :中心部分平均成分谱图 ;b :中心部分平均成分表 Fig14 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the center micro2area in vanadium carbide.
行业的锤头 、磨辊等耐磨件 ,亦取得良好的应用效 熔化 ,浇注成楔形试样后 ,线切割成 10mm ×10mm ×
果[5～7] 。近 20 年 ,中外研究者对高钒高速钢中钒碳 15mm 和 10mm ×10mm ×012mm 的试样 。前者抛光
化物的形态 、分布进行了较多的研究 ,但对碳化钒的 后不腐蚀 ,用 JSM25160LV 扫描电镜 (SEM) 观察碳化
魏世忠1 ,3 ,李 炎2 ,吴逸贵2 ,龙 锐3
(1 西安交通大学材料科学与工程学院 ,陕西 西安 7100492 ; 2 河南科技大学 ,河南 洛阳 4710033 ; 3 河南省耐磨材料工程技术研究中心 ,河南 洛阳 471003)
摘 要 : 利用扫描电镜 、透射电镜和 X 射线能量分散谱仪对高钒高速钢中合金碳化物 ———碳化钒的精细结构及微
晌[J ] . 理化检验 :物理分册 ,1990 ,26 (4) :28 - 30.
[ 9 ] 宫坂善和 ,江南和幸 ,谷川俊宏. 高碳素高速度钢 の
碳化物形成 に及 ぼす°
添加 の影响 [J ] .
铸造工学 ,1997 ,69 :201 - 206.
[10 ] 刘海峰 ,刘耀辉 ,于思荣. 合金元素对高碳高速钢中
序排列可形成点阵常数 a′= 01833nm 的 V8 C7 简单 立方超点阵晶胞 , 这时的点阵常数为原晶胞的两 倍[16] ;VC0185 时空位有序化可形成点阵常数为 a′=
收稿日期 :2005201205 ;修订日期 :2005205209 基金项目 :河南省重大科技攻关项目 (No10322020300) . 作者简介 :魏世忠 (1966 - ) , 男 (汉族) , 在职博士研究生 ,副教授.
相结构尚存在不同看法 ,对其精细结构和微区成分 了解甚少[8～16] 。本工作利用扫描电镜 ( SEM) ,透射
钒 (VC) 形态及分布 ;后者经机械减薄至 50μm 左右 , 用离子减薄仪制备成透射电镜样品 ,用 H2800 型和
电镜 ( TEM) 和 X 射线能量分散谱仪 ( EDS) 对高钒高 J EOL 2010F 型透射电子显微镜 ( TEM) 进行精细结构
[ 1 ] Sano Y, Hattori T , Haga M. Characteristics of high carbon
碳化物形成及形态的影响[J ] . 铸造 , 2000 ,49 (5) :260
high speed steel rolls for hot strip mill [ J ] . ISIJ International ,1992 ,32 (11) :1194 - 1201. [ 2 ] Hwang K C ,Lee S ,Lee H C. Effects of alloying elements on
3 结论
[ 5 ] 宫开令 ,董雅军 ,高春利. 高速钢复合轧辊的研制及 生产[J ] . 钢铁 ,1998 ,3 (3) :67 - 71.
(1) 高钒高速钢中碳化钒主要由碳 ,钒元素组 成。
(2) 碳化钒由于碳的有序缺位形成了 V6 C5 简单 六方超点阵结构 。
(3) 碳化钒内有大量纳米微粒子存在 ,微粒子处 Cr 、Mo 和 Fe 元素含量较高 ,尤其是 Mo 元素 ,可高达 20 %以上 。
图 2 面心立方 VC 相不同晶带轴的电子衍射花样 。
Fig12 Electron diffraction patterns of different zone axis of fcc VC.
01509nm , c′= 11440nm 的 V6 C5 简单六角超点阵[16] 。 图 2 为图 1 中一个团球状碳化钒 ,倾转不同角
关 。 213 碳化钒中的精细结构
透射电镜下观察发现 ,碳化钒上大都有尺寸在 几个纳米到几十个纳米之间的点状微粒子 ,且分布 密度很高 。图 3 为显示碳化钒中纳米点状微粒子的 TEM 像 。从图 3a 的明场像上可以看出微粒子均匀 弥散地分布在碳化钒基体上 ,且有的微粒子呈豆瓣 状 ,具有共格应变场衬度 。从图 3b 的暗场像上可以
48 0
电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
第 24 卷
图 1 团球状 、团块状碳化钒及 V 元素分布的 SEM 背散射电子像 (Bar = 5μm) 。 a :碳化钒 (P2碳化钒) ;b :V 元素
Fig11 Vanadium carbide orbicular or lumpy(a) and the distributing of vanadium(b) . Bar = 5μm
中图分类号 : TG142145 ;TG14211 + 1 ;TG115121 + 513 文献标识码 : A
Βιβλιοθήκη Baidu
20 世纪 80 年代末 ,日本将高钒高速钢用于制 造轧辊获得成功 ,寿命是高铬铸铁的 3～5 倍[1～4] 。
1 实验条件
其后 ,国内逐步将高钒高速钢用于制造轧辊和粉磨
试验用材的化学成分见表 1 。在 50kg 中频炉中
图 6 碳化钒中黑色微粒子的 EDS 谱和成分表 。a :黑色微粒子成分谱图 ;b :黑色微粒子成分表 Fig16 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the micro2area of the black particulate in vanadium carbide.
图 5 碳化钒近边缘微区的 EDS 谱和成分表 。a :近边缘部分平均成分谱图 ;b :近边缘区平均成分表 Fig15 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the edge part micro2area in vanadium carbide.
48 2
电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
第 24 卷
更清楚的看出这些微粒子的形态及分布 。 214 碳化钒的成分分析
对碳化钒中不同区域进行成分分析的结果如图 4 和图 5 所示 。图 4a 、4b 和图 5a 、5b 为碳化钒中心 部分和近边缘区的平均成分 。从能谱图和成分表可 知 ,碳化钒中主要元素为 C 和 V ,有少量的 Cr ,Fe 和 Mo 元素 ,且中心部分与边缘 Cr 元素平均含量分别 为 2139 %与 3129 % ,均低于化学成分 410 % ;而中心
区成分进行分析 。结果发现 :碳化钒中由于碳的有序缺位形成了 V6 C5 简单六方超点阵结构 ;碳化钒内有大量纳米
微粒子存在 ;微粒子处 Cr 、Mo 和 Fe 元素含量较高 ,尤其是 Mo 元素 ,可高达 20 %(质量分数) 以上 。
关键词 : 高钒高速钢 ;碳化钒 ;纳米微粒子 ;透射电子显微镜
度获得的不同晶带轴的电子衍射花样 。图 2a 、2b 和
V6 C5ΠΠ(1 10) VC , [ 0001 ] V6 C5ΠΠ[ 111 ] VC。多个碳化 物的电子衍射表明 ,[ 110 ]晶带轴下几乎都能看到这 种孪晶斑点 ,且在其它入射方向上也有 V6 C5 孪晶的
2c 中的强衍射斑点标定证明 , 它们分别是 VC 的 超点阵衍射斑点 ,从而可以说明 V6 C5 存在有孪晶畴
速钢中碳化钒的精细结构和微区成分进行较深入分 观察和相结构分析 ,用 2010F 上的 X 射线能量分散
析 ,为高钒高速钢研究的深化提供基础数据 。
谱 ( EDS) 进行微区成分分析 。
表 1 高钒高速钢的化学成分( %) Table 1 The nominal composition of the high vanadium high speed steel ( wt. %)
[ 6 ] 魏世忠 ,龙锐. 高钒高耐磨合金锤头的研制及使用
[J ] . 水泥 ,2001 ,8 (8) :31 - 33.
[ 7 ] 龙锐 ,魏世忠 ,刘亚民 ,倪锋 ,徐流杰. 高钒高耐磨合
金的组织与性能[J ] . 矿山机械 ,2001 ,12 :54 - 56.
[ 8 ] 石功奇 ,丁培道. 合金元素对高速钢共晶碳化物的影
部分 与 边 缘 Mo 元 素 平 均 含 量 分 别 为 8121 % 与 9106 % ,均高于化学成分 218 %～312 %。对碳化钒 中黑色微粒子的点分析结果如图 6a 、6b 所示 。从能 谱图和成分表可知 ,黑色微粒子中 Cr ,Fe 和 Mo 含量 都较高 ,尤其是 Mo 含量重量百分比达到 21139 % , 比加入量高出 6 倍以上 。可见 Mo 元素在碳化钒中 是非均匀分布的 ,碳化钒中的纳米微粒子主要是 Mo 元素偏聚形成的 。
[001 ] 、[ 111 ]和[ 110 ]晶带的电子衍射花样 。图中的 精细结构 。另外 ,观察中始终未发现简单立方 V8 C7
弱衍射斑点是碳空位有序形成的超点阵斑点 ,这些 的超点阵斑点 。这可能和实验用钢的碳 、钒比有
超点阵斑点都对应着 V6 C5 (图中加 S 脚标者为 V6 C5 的晶面指数 ,未加脚标者为 VC 的晶面指数) 。需要 进一步说明的是 ,图 2c 中碳的空位有序形成了孪晶 畴结构的电子衍射花样 ,1Π2 (111) VC 和 1Π2 (1 11) VC 处的衍射斑点分别为 V6 C5 的 (003) s 和 (003) st ( st 代 表 V6 C5 的孪晶斑点) 的衍射斑点 (图中黑圈圈出的 斑点) 。从图 2a 、2b 和 2c 的标定可知 ,面心立方 VC 与简单六方结构 V6 C5 之间的取向关系为 (10 10)
团球状和团块状钒碳化物的透射电子衍射花样
分析表明 ,该类型的碳化物为碳化钒相 ,且碳的空位 有序化形成了 V6 C5 简单六角超点阵结构[16] 。有资 料说明[2～4 ,8、9、14] ,VC 为 a = 01412～01416 的面心立 方结构 。一般情况下 ,如果面心立方的全部八面体 间隙均被碳原子占据 ,这时的结构为 NaCl 型 。但 是 ,通常有些八面体间隙未被碳原子占据 ,形成无碳 空位 。如果碳空位有序化 ,就可以导致超点阵的形 成 。根据碳和钒的原子百分比 ,VC0189 时碳空位的有
元素
C
V
Si
Mn
P S
Cr
Mo
Ni
Fe
含量
215
1010
014～018 015～110
0107
410
218～312 016～018
Balance
2 结果与分析
211 团球状和团块状碳化钒 本课题前期研究表明 ,碳化钒有团球状 、团块
状 、开花状 、条状 、短杆状 、蠕虫状等 6 种形状 ;有均 匀分布 、晶间分布 、菊花状分布等 3 种分布形式[12] 。 图 1 所示为试样的背散射电子显微像 。其中 ,碳化 钒呈团球状和团块状 ,平均直径为 10μm 左右 (1a 中 P 所示) 。用 V 元素的特征 X 射线做面扫描证实 ,钒 元素主要分布在碳化钒内 (1b) 。 212 碳化钒相结构分析
第5期
魏世忠等 :高钒高速钢中碳化钒的微细结构分析
48 1
图 3 碳化钒中纳米微粒子的 TEM 像 。Bar = 200nm ;a :明场像 ;b :暗场像 Fig13 TEM images of nanometre micro2grains in vanadium carbides. Bar = 200 nm ; a :Bright field image ;b :Dark
第 24 卷 第 5 期 2005 年 10 月
电 子 显 微 学 报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society
Vol224 ,No15 2005210
文章编号 :100026281 (2005) 0520479205
高钒高速钢中碳化钒的微细结构分析
field image
图 4 碳化钒中心部分微区的 EDS 谱和成分表 。a :中心部分平均成分谱图 ;b :中心部分平均成分表 Fig14 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the center micro2area in vanadium carbide.
行业的锤头 、磨辊等耐磨件 ,亦取得良好的应用效 熔化 ,浇注成楔形试样后 ,线切割成 10mm ×10mm ×
果[5～7] 。近 20 年 ,中外研究者对高钒高速钢中钒碳 15mm 和 10mm ×10mm ×012mm 的试样 。前者抛光
化物的形态 、分布进行了较多的研究 ,但对碳化钒的 后不腐蚀 ,用 JSM25160LV 扫描电镜 (SEM) 观察碳化
魏世忠1 ,3 ,李 炎2 ,吴逸贵2 ,龙 锐3
(1 西安交通大学材料科学与工程学院 ,陕西 西安 7100492 ; 2 河南科技大学 ,河南 洛阳 4710033 ; 3 河南省耐磨材料工程技术研究中心 ,河南 洛阳 471003)
摘 要 : 利用扫描电镜 、透射电镜和 X 射线能量分散谱仪对高钒高速钢中合金碳化物 ———碳化钒的精细结构及微
晌[J ] . 理化检验 :物理分册 ,1990 ,26 (4) :28 - 30.
[ 9 ] 宫坂善和 ,江南和幸 ,谷川俊宏. 高碳素高速度钢 の
碳化物形成 に及 ぼす°
添加 の影响 [J ] .
铸造工学 ,1997 ,69 :201 - 206.
[10 ] 刘海峰 ,刘耀辉 ,于思荣. 合金元素对高碳高速钢中
序排列可形成点阵常数 a′= 01833nm 的 V8 C7 简单 立方超点阵晶胞 , 这时的点阵常数为原晶胞的两 倍[16] ;VC0185 时空位有序化可形成点阵常数为 a′=
收稿日期 :2005201205 ;修订日期 :2005205209 基金项目 :河南省重大科技攻关项目 (No10322020300) . 作者简介 :魏世忠 (1966 - ) , 男 (汉族) , 在职博士研究生 ,副教授.
相结构尚存在不同看法 ,对其精细结构和微区成分 了解甚少[8～16] 。本工作利用扫描电镜 ( SEM) ,透射
钒 (VC) 形态及分布 ;后者经机械减薄至 50μm 左右 , 用离子减薄仪制备成透射电镜样品 ,用 H2800 型和
电镜 ( TEM) 和 X 射线能量分散谱仪 ( EDS) 对高钒高 J EOL 2010F 型透射电子显微镜 ( TEM) 进行精细结构
[ 1 ] Sano Y, Hattori T , Haga M. Characteristics of high carbon
碳化物形成及形态的影响[J ] . 铸造 , 2000 ,49 (5) :260
high speed steel rolls for hot strip mill [ J ] . ISIJ International ,1992 ,32 (11) :1194 - 1201. [ 2 ] Hwang K C ,Lee S ,Lee H C. Effects of alloying elements on
3 结论
[ 5 ] 宫开令 ,董雅军 ,高春利. 高速钢复合轧辊的研制及 生产[J ] . 钢铁 ,1998 ,3 (3) :67 - 71.
(1) 高钒高速钢中碳化钒主要由碳 ,钒元素组 成。
(2) 碳化钒由于碳的有序缺位形成了 V6 C5 简单 六方超点阵结构 。
(3) 碳化钒内有大量纳米微粒子存在 ,微粒子处 Cr 、Mo 和 Fe 元素含量较高 ,尤其是 Mo 元素 ,可高达 20 %以上 。
图 2 面心立方 VC 相不同晶带轴的电子衍射花样 。
Fig12 Electron diffraction patterns of different zone axis of fcc VC.
01509nm , c′= 11440nm 的 V6 C5 简单六角超点阵[16] 。 图 2 为图 1 中一个团球状碳化钒 ,倾转不同角
关 。 213 碳化钒中的精细结构
透射电镜下观察发现 ,碳化钒上大都有尺寸在 几个纳米到几十个纳米之间的点状微粒子 ,且分布 密度很高 。图 3 为显示碳化钒中纳米点状微粒子的 TEM 像 。从图 3a 的明场像上可以看出微粒子均匀 弥散地分布在碳化钒基体上 ,且有的微粒子呈豆瓣 状 ,具有共格应变场衬度 。从图 3b 的暗场像上可以
48 0
电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
第 24 卷
图 1 团球状 、团块状碳化钒及 V 元素分布的 SEM 背散射电子像 (Bar = 5μm) 。 a :碳化钒 (P2碳化钒) ;b :V 元素
Fig11 Vanadium carbide orbicular or lumpy(a) and the distributing of vanadium(b) . Bar = 5μm
中图分类号 : TG142145 ;TG14211 + 1 ;TG115121 + 513 文献标识码 : A
Βιβλιοθήκη Baidu
20 世纪 80 年代末 ,日本将高钒高速钢用于制 造轧辊获得成功 ,寿命是高铬铸铁的 3～5 倍[1～4] 。
1 实验条件
其后 ,国内逐步将高钒高速钢用于制造轧辊和粉磨
试验用材的化学成分见表 1 。在 50kg 中频炉中
图 6 碳化钒中黑色微粒子的 EDS 谱和成分表 。a :黑色微粒子成分谱图 ;b :黑色微粒子成分表 Fig16 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the micro2area of the black particulate in vanadium carbide.
图 5 碳化钒近边缘微区的 EDS 谱和成分表 。a :近边缘部分平均成分谱图 ;b :近边缘区平均成分表 Fig15 EDS spectrum(a) and composition tables(b) of the edge part micro2area in vanadium carbide.
48 2
电子显微学报 J . Chin. Electr. Microsc. Soc.
第 24 卷
更清楚的看出这些微粒子的形态及分布 。 214 碳化钒的成分分析
对碳化钒中不同区域进行成分分析的结果如图 4 和图 5 所示 。图 4a 、4b 和图 5a 、5b 为碳化钒中心 部分和近边缘区的平均成分 。从能谱图和成分表可 知 ,碳化钒中主要元素为 C 和 V ,有少量的 Cr ,Fe 和 Mo 元素 ,且中心部分与边缘 Cr 元素平均含量分别 为 2139 %与 3129 % ,均低于化学成分 410 % ;而中心
区成分进行分析 。结果发现 :碳化钒中由于碳的有序缺位形成了 V6 C5 简单六方超点阵结构 ;碳化钒内有大量纳米
微粒子存在 ;微粒子处 Cr 、Mo 和 Fe 元素含量较高 ,尤其是 Mo 元素 ,可高达 20 %(质量分数) 以上 。
关键词 : 高钒高速钢 ;碳化钒 ;纳米微粒子 ;透射电子显微镜
度获得的不同晶带轴的电子衍射花样 。图 2a 、2b 和
V6 C5ΠΠ(1 10) VC , [ 0001 ] V6 C5ΠΠ[ 111 ] VC。多个碳化 物的电子衍射表明 ,[ 110 ]晶带轴下几乎都能看到这 种孪晶斑点 ,且在其它入射方向上也有 V6 C5 孪晶的
2c 中的强衍射斑点标定证明 , 它们分别是 VC 的 超点阵衍射斑点 ,从而可以说明 V6 C5 存在有孪晶畴
速钢中碳化钒的精细结构和微区成分进行较深入分 观察和相结构分析 ,用 2010F 上的 X 射线能量分散
析 ,为高钒高速钢研究的深化提供基础数据 。
谱 ( EDS) 进行微区成分分析 。
表 1 高钒高速钢的化学成分( %) Table 1 The nominal composition of the high vanadium high speed steel ( wt. %)