含铝超低W、Mo高速钢的组织和性能
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表１中Ａ钢铸态组织在电镜下的形貌示于图 １，Ａ钢基体、图１中ａ处碳化物和ｂ处碳化物以及 Ａ钢铸态组织的ｘ射线衍射图分别示于图２～图５。
图３图１中（ａ）处碳化物的ＥＤＳ Ｆｉｇ．３ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ（ａ）ｃａｒｂｉｄｅ ｉｎ Ｆｉｇ．１
图１ Ａ钢铸态的ＳＥＭ
Ｆｉｇ．１ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ ｏｆ ａｓ－ｃａｓｔ Ａ ｓｔｅｅｌ
６２
董６０
瑙 群５８
５６
２．４耐磨性试验 图１５、图１６是相同试验条件下的磨损失重图。
在图中，Ａ钢磨损量很小，其耐磨性较好；而从Ｂ钢 到Ｄ钢，其耐磨性逐渐变差。这是由于Ａｌ在钢中 的含量不同而引起的。
５４ ４８０
５００
５２０ ５４０ ５６０ 回火温度／℃
５８０
６００
图１２ Ａ钢不同温度淬火并三次回火后的硬度
ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＯＭ，ＸＲＯ，ＳＥＭ ａｎｄ ＥＤＳ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ，ｓｕｃｈ ａｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｗｅａｒａｂｉｌｉｔｙ，ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ。Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｎ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｄ ｈａｒｄ— ｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａ１ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ
ａｎｄ Ｍｏ ｗｅｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ Ａ１ ａｎｄ ｍｉｎｏｒ Ｎ，Ｎｂ，ＲＥ，ｅｔｃ ｗｅｒｅ ｉｎｓｅｒｔｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ
ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｒｕｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ Ｗａｎｄ Ｍｏ ｈｉｇｈ
图９ Ａ钢回火态基体ＥＤＳ谱
Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ａｓ－ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
图７ Ｄ钢铸态显微组织
Ｆｉｇ．７ Ａｓ－ｃａｓｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ｏｆ Ｄ ｓｔｅｅｌ
２．１．２淬火、回火后的组织
表１中Ａ钢淬火并３次回火后的电镜组织如图
能源的观念出发，降低钢中的Ｗ、Ｍｏ含量，同时用 价格相对便宜的Ａｌ代替价格昂贵的ｃｏ作为添加元 素，开发加Ａｌ型低合金高速钢，是发展经济型高速 钢材料的一个研究方向。
１ 试验
１．１成分设计 较大幅度地降低高速钢中的Ｗ、Ｍｏ含量，同时
添加Ａｌ和微量Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等合金元素，加Ａｌ超低合 金高速钢的试验成分如表１所示。 １．２试验方法
由于Ａｌ在晶界上形成了Ａｌ（Ｃ，Ｎ），阻碍了碳化物 的聚集长大；Ａ１固溶于基体中，改变了碳化物的转
后，其硬度可以达到６４．５ ＨＲＣ，且具有较好的红硬 性及耐磨性，是一种经济型合金工具钢。
·１８‘
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
钢种编号
Ｆｉｇ．１５
图１５各钢种的磨粒磨损对比
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｌ＂ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔｅｅｌｓ
图４图１中（ｂ）处碳化物的ＥＤＳ
２０（。）
Ｆｉｇ．５
图５ Ａ钢铸态×射线衍射图 Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｓ—ｃａｓｔ Ａ ｓｔｅｅｌ
存在共晶组织，属于过共析钢。３ｊ。而在本试验中，
铸态组织中鱼骨状的共晶碳化物依然存在，且呈断
续网状分布在奥氏体晶界上；碳化物的类型不同，在
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａａｎｓｈａｎ ２４３００２，Ａｎｈｕｉ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｗ
金高速钢中同时添加了Ｎ元素，而Ａ１、Ｎｂ与Ｎ有很 强的结合力，使得一部分Ａｌ形成一定量的间隙化合
Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ＥＤＳ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｅ ｃａｒｂｉｄｅ ｏｆ ａｓ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
变温度范围以及延迟淬火钢仪相的回复与再结晶； Ｎｂ能细化晶粒，增加常温和高温硬度，并能阻止回 火软化。
８所示。由图可见，Ａ钢的回火组织是由鱼骨状的 共晶碳化物、回火马氏体和弥散细小的二次碳化物
组成。结合ＥＤＳ．ＸＲＤ（图９～图１１），回火后的ＭＣ
和Ｍ２Ｃ的量较淬火时有所增加。这说明回火过程中 析出的弥散细小且与基体共格的ＭＣ和Ｍ２Ｃ，在晶
界碳化物的ＥＤＳ中出现了Ｎｂ、Ａ１，是由于在超低合
图１０ Ａ钢回火态弥散碳化物ＥＤＳ谱
镜（ＯＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）及能谱（ＥＤＳ）分析了超低Ｗ、Ｍｏ高速钢的显微镜组 织及微区成分。对钢的硬度、回火稳定性和耐磨性等性能进行了试验。研究了Ａｌ含量对含Ａｌ超
低合金高速钢热处理工艺及红硬性的影响。
关键词：低合金高速钢；铝；显微组织；红硬性
中图分类号：ＴＧｌ４２．４５
文献标识码：Ａ
３ 结论
（１）含Ａｌ超低合金高速钢的铸态组织中有共 晶体存在，呈断续网状分布，且共晶体的形态和颜色 不同，其碳化物的类型也有所不同。
（２）在大幅度降低Ｗ、Ｍｏ含量的同时，加入适 量的Ａｌ和少量的Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等元素仍有明显的二次 硬化效果，可保持超低合金高速钢的红硬性。
（３）试验用Ａ钢在１２２５ ｏＣ淬火＋５５０ ｏＣ回火
参考文献
［１］李正邦，发展我国高速钢的战略［Ｊ］．中国钨业，２００４，（５）：ｌ一８．
在铸态组织中，随Ａｌ含量的增加，＾ｙ相区逐渐 封闭，而无限扩大ｄ相区。４ ｏ。含Ａｌ量为３．９％的Ｄ 钢（图７），＾ｙ相区被封闭，不再有仅一１相变，合金与 Ｏ／．．Ｆｅ形成无限固溶体，使铸态组织中出现了硬度很 低的大块状铁素组织。
物Ａ１Ｎ、ＮｂＮ提高钢的强韧性，而部分Ａｌ固溶在基 体中，起到固溶强化的作用。
和科研工作，发表论文５０余篇。联系电话：０５５５－２３１１５１３
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
。１５‘
万方数据
表１试验钢成分设计（质量分数，％） Ｔａｂｌｅｌ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｅｔｅｄ ｓｔｅｅｌ（Ｍ％）
２试验结果分析与讨论
２．１显微组织 ２．１．１铸态组织
Ｆｉｇ．１２ Ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｏ ｔｈｒｅｅ ｓｅｐａｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｓ
２．３回火稳定性试验
Ａ钢在５５０℃保温２５ ｈ后其组织未变粗大，回
火稳定性比较好；２５ ｈ后，其硬度变化不大。这是
图８ Ａ钢（０．９％ＡＩ）５５０℃三次回火后的ＳＥＭ组织
Ｆｉｇ．８
ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｒｅｅ
ｓｅｐａｒａｔｅ ｔｅｍｐｅ百度文库ｉｎｇｓ ａｔ ５５０ ｏＣ
图６ Ｂ钢铸态显微组织
Ｆｉｇ．６ Ａｓ—ｃａｓｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｂ ｓｔｅｅｌ
０
０
Ｏ
Ｏ
Ｏ
Ｏ
０
０
Ｏ
０
Ｑ
Ｑ
Ｑ
Ｏ
０
０
一试验研究一
仝：舍：舍：全：舍：／≯：／≯：舍：ｒ
含铝超低Ｗ、Ｍｏ高速钢的组织和性能
王豫，郑双七
（安徽工业大学材料学与工程学院，安徽马鞍山 ２４３００２）
摘要：研究了在现有低合金高速钢基本成分基础上，进一步降低Ｗ、Ｍｏ等价格较贵的稀有合金元素的含
量，同时加入廉价的Ａｌ和微量Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等元素的超低合金高速钢的组织与性能。利用光学显微
图２ Ａ钢基体ＥＤＳ谱
ＳＥＭ照片上的形态和明亮程度也有所不同（见图
Ｆｉｇ．２ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ
１），共晶碳化物的主干部分（ａ）颜色较明亮，扫描能
有学者认为，在低合金高速钢中，由于合金元素 谱分析表明是以含Ｗ、Ｍｏ为主的碳化物，并含有Ｖ、
含量少，除了某些含Ｖ量较多的低合金高速钢存在 ｃｒ等元素，结合ｘ一射线衍射图，判断是Ｍ６Ｃ型碳化
Ａ钢淬火后于５５０ ｏＣ保温２５ ｈ后的组织形态 示于图１３，其回火稳定性试验结果示于图１４。
２０（。） 图１１ Ａ钢回火态Ｘ－射线衍射图 Ｆｉｇ．１ １ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｓ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
２．２硬度试验 Ａ钢的三次回火硬度峰值出现在５５０ ｏＣ，峰值
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｒｅｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ
自上世纪初Ｔａｙｌａｒ等人研制成功高速钢以来， 在工模具行业经久不衰，经过近一个世纪的发展，不 断地改进和提高，已形成多个体系，几十个品种的 产品。由于其较高的红硬性，较好的强韧性等优异 性能，仅在刀具材料方面就几乎占据了半壁江 山０１１，是机械制造行业中非常重要的冶金材料。为 了进一步提高高速钢的红硬性，先后发展了ｃｏ高 速钢和Ａｌ高速钢，可将红硬性由５６０℃提高到６００ ℃以上。但合金元素的大量加入，使得高速钢的成 本过高，尤其Ｃｏ元素是我国的稀有元素，Ｃｏ元素资 源多集中在扎伊尔和赞比亚两国旧Ｊ，使ｃｏ高速钢 价格昂贵；而且Ｗ、Ｍｏ等合金元素近几年价格涨幅 很大，这些价格因素在一定程度上限制了高速钢的 应用和发展。从降低成本，节省贵重金属资源，节约
６４
图１３ Ａ钢在５５０℃保温２５ ｈ后的金相相组织 Ｆｉｇ．１３ Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｈｅａｔｅｄ ａｔ ５５０ ｏＣ
ｆｏｒ ２５ ｈ
Ｕ ２
警 越
酪
５
１０
１５
２０
２５
时间／ｍｉｎ
图１４ Ａ钢的回火稳定性
Ｆｉｇ．１４ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ
利用光学显微镜（ＯＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫 描电镜（ＳＥＭ）及能谱（ＥＤＳ）分析了超低Ｗ、Ｗｏ高 速钢的显微组织及微区成分；对钢的硬度、回火稳定 性和耐磨性等性能进行了试验。
收稿日期：２００６—０７—２０ 作者简介：王豫（１９４２．１２．），男，河南淮阳人，教授，安徽省热处理学会副理事长，长期从事材料热处理教学
硬度达到６４．５ ＨＲＣ，详见图１２。三次回火后各试样 的硬度均有峰值出现，在Ｗ、Ｗｏ元素含量低的情况 下，有如此高的硬度，主要有两方面的原因：（１）钢中 除Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ形成合金碳化物外，添加的微合金元素 Ｎ、Ｎｂ等形成高硬度的Ａ１Ｎ、ＮｂＮ、ＶＮ。回火时，ＶＣ、 ＮｂＣ、Ｖ（Ｃ，Ｎ）等弥散析出，大大提高了基体硬度ｐ ｏ， Ｎｂ还可以推迟０【．Ｆｅ的回复再结晶温度‘６ ｏ，阻止基体 的软化；（２）灿的原子半径很大，固溶人基体后，阻碍 扩散和延缓软化，大大提高了固溶强化的作用，也会 使回火的碳化物细化，更加弥散；（３）ＲＥ在奥氏体中 的溶解度很小，即使加入少量也将发生严重偏析而富 集在高熔点复合碳化物周围¨７｜，这有利于阻止共晶碳 化物沿晶界长大，使碳化物细化。
少量的含Ｖ共晶体外，大部分低合金高速钢中皆不
物；共晶碳化物中孤立存在的块状碳化物（ｂ）颜色
·１６‘
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
较深，扫描能谱分析表明是以Ｖ为主的碳化物，判 断为Ｖ４Ｃ３。在基体能谱中，除有Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ外，还 固溶有Ａｌ。
表１中Ｂ钢和Ｄ钢的铸态组织分别示于图６、 图７，由于试块用精密铸造方法制备，腊模壁较薄， 冷却速度快，铸态组织中出现了很多马氏体，在图１ 中清析可见。
文章编号：１００８—１６９０（２００７）０２—００１５－００５
Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ
Ｕｌｔｒａ．１０ｗ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ａｎｄ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ
ＷＡＮＧ Ｙｕ．ＺＨＥＮＧ Ｓｈｕａｎｇ—ｑｉ
图３图１中（ａ）处碳化物的ＥＤＳ Ｆｉｇ．３ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ（ａ）ｃａｒｂｉｄｅ ｉｎ Ｆｉｇ．１
图１ Ａ钢铸态的ＳＥＭ
Ｆｉｇ．１ ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ ｏｆ ａｓ－ｃａｓｔ Ａ ｓｔｅｅｌ
６２
董６０
瑙 群５８
５６
２．４耐磨性试验 图１５、图１６是相同试验条件下的磨损失重图。
在图中，Ａ钢磨损量很小，其耐磨性较好；而从Ｂ钢 到Ｄ钢，其耐磨性逐渐变差。这是由于Ａｌ在钢中 的含量不同而引起的。
５４ ４８０
５００
５２０ ５４０ ５６０ 回火温度／℃
５８０
６００
图１２ Ａ钢不同温度淬火并三次回火后的硬度
ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＯＭ，ＸＲＯ，ＳＥＭ ａｎｄ ＥＤＳ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ，ｓｕｃｈ ａｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｗｅａｒａｂｉｌｉｔｙ，ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ。Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｎ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｄ ｈａｒｄ— ｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａ１ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｓｔｕｄｉｅｄ
ａｎｄ Ｍｏ ｗｅｒｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ Ａ１ ａｎｄ ｍｉｎｏｒ Ｎ，Ｎｂ，ＲＥ，ｅｔｃ ｗｅｒｅ ｉｎｓｅｒｔｅｄ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ
ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｒｕｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ Ｗａｎｄ Ｍｏ ｈｉｇｈ
图９ Ａ钢回火态基体ＥＤＳ谱
Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ａｓ－ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
图７ Ｄ钢铸态显微组织
Ｆｉｇ．７ Ａｓ－ｃａｓｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ｏｆ Ｄ ｓｔｅｅｌ
２．１．２淬火、回火后的组织
表１中Ａ钢淬火并３次回火后的电镜组织如图
能源的观念出发，降低钢中的Ｗ、Ｍｏ含量，同时用 价格相对便宜的Ａｌ代替价格昂贵的ｃｏ作为添加元 素，开发加Ａｌ型低合金高速钢，是发展经济型高速 钢材料的一个研究方向。
１ 试验
１．１成分设计 较大幅度地降低高速钢中的Ｗ、Ｍｏ含量，同时
添加Ａｌ和微量Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等合金元素，加Ａｌ超低合 金高速钢的试验成分如表１所示。 １．２试验方法
由于Ａｌ在晶界上形成了Ａｌ（Ｃ，Ｎ），阻碍了碳化物 的聚集长大；Ａ１固溶于基体中，改变了碳化物的转
后，其硬度可以达到６４．５ ＨＲＣ，且具有较好的红硬 性及耐磨性，是一种经济型合金工具钢。
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《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
钢种编号
Ｆｉｇ．１５
图１５各钢种的磨粒磨损对比
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｌ＂ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｓｔｅｅｌｓ
图４图１中（ｂ）处碳化物的ＥＤＳ
２０（。）
Ｆｉｇ．５
图５ Ａ钢铸态×射线衍射图 Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｓ—ｃａｓｔ Ａ ｓｔｅｅｌ
存在共晶组织，属于过共析钢。３ｊ。而在本试验中，
铸态组织中鱼骨状的共晶碳化物依然存在，且呈断
续网状分布在奥氏体晶界上；碳化物的类型不同，在
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａａｎｓｈａｎ ２４３００２，Ａｎｈｕｉ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｗ
金高速钢中同时添加了Ｎ元素，而Ａ１、Ｎｂ与Ｎ有很 强的结合力，使得一部分Ａｌ形成一定量的间隙化合
Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ＥＤＳ Ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓｅ ｃａｒｂｉｄｅ ｏｆ ａｓ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
变温度范围以及延迟淬火钢仪相的回复与再结晶； Ｎｂ能细化晶粒，增加常温和高温硬度，并能阻止回 火软化。
８所示。由图可见，Ａ钢的回火组织是由鱼骨状的 共晶碳化物、回火马氏体和弥散细小的二次碳化物
组成。结合ＥＤＳ．ＸＲＤ（图９～图１１），回火后的ＭＣ
和Ｍ２Ｃ的量较淬火时有所增加。这说明回火过程中 析出的弥散细小且与基体共格的ＭＣ和Ｍ２Ｃ，在晶
界碳化物的ＥＤＳ中出现了Ｎｂ、Ａ１，是由于在超低合
图１０ Ａ钢回火态弥散碳化物ＥＤＳ谱
镜（ＯＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）及能谱（ＥＤＳ）分析了超低Ｗ、Ｍｏ高速钢的显微镜组 织及微区成分。对钢的硬度、回火稳定性和耐磨性等性能进行了试验。研究了Ａｌ含量对含Ａｌ超
低合金高速钢热处理工艺及红硬性的影响。
关键词：低合金高速钢；铝；显微组织；红硬性
中图分类号：ＴＧｌ４２．４５
文献标识码：Ａ
３ 结论
（１）含Ａｌ超低合金高速钢的铸态组织中有共 晶体存在，呈断续网状分布，且共晶体的形态和颜色 不同，其碳化物的类型也有所不同。
（２）在大幅度降低Ｗ、Ｍｏ含量的同时，加入适 量的Ａｌ和少量的Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等元素仍有明显的二次 硬化效果，可保持超低合金高速钢的红硬性。
（３）试验用Ａ钢在１２２５ ｏＣ淬火＋５５０ ｏＣ回火
参考文献
［１］李正邦，发展我国高速钢的战略［Ｊ］．中国钨业，２００４，（５）：ｌ一８．
在铸态组织中，随Ａｌ含量的增加，＾ｙ相区逐渐 封闭，而无限扩大ｄ相区。４ ｏ。含Ａｌ量为３．９％的Ｄ 钢（图７），＾ｙ相区被封闭，不再有仅一１相变，合金与 Ｏ／．．Ｆｅ形成无限固溶体，使铸态组织中出现了硬度很 低的大块状铁素组织。
物Ａ１Ｎ、ＮｂＮ提高钢的强韧性，而部分Ａｌ固溶在基 体中，起到固溶强化的作用。
和科研工作，发表论文５０余篇。联系电话：０５５５－２３１１５１３
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
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万方数据
表１试验钢成分设计（质量分数，％） Ｔａｂｌｅｌ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｅｔｅｄ ｓｔｅｅｌ（Ｍ％）
２试验结果分析与讨论
２．１显微组织 ２．１．１铸态组织
Ｆｉｇ．１２ Ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｏ ｔｈｒｅｅ ｓｅｐａｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｓ
２．３回火稳定性试验
Ａ钢在５５０℃保温２５ ｈ后其组织未变粗大，回
火稳定性比较好；２５ ｈ后，其硬度变化不大。这是
图８ Ａ钢（０．９％ＡＩ）５５０℃三次回火后的ＳＥＭ组织
Ｆｉｇ．８
ＳＥＭ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｔｈｒｅｅ
ｓｅｐａｒａｔｅ ｔｅｍｐｅ百度文库ｉｎｇｓ ａｔ ５５０ ｏＣ
图６ Ｂ钢铸态显微组织
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一试验研究一
仝：舍：舍：全：舍：／≯：／≯：舍：ｒ
含铝超低Ｗ、Ｍｏ高速钢的组织和性能
王豫，郑双七
（安徽工业大学材料学与工程学院，安徽马鞍山 ２４３００２）
摘要：研究了在现有低合金高速钢基本成分基础上，进一步降低Ｗ、Ｍｏ等价格较贵的稀有合金元素的含
量，同时加入廉价的Ａｌ和微量Ｎ、Ｎｂ、ＲＥ等元素的超低合金高速钢的组织与性能。利用光学显微
图２ Ａ钢基体ＥＤＳ谱
ＳＥＭ照片上的形态和明亮程度也有所不同（见图
Ｆｉｇ．２ ＥＤＳ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ
１），共晶碳化物的主干部分（ａ）颜色较明亮，扫描能
有学者认为，在低合金高速钢中，由于合金元素 谱分析表明是以含Ｗ、Ｍｏ为主的碳化物，并含有Ｖ、
含量少，除了某些含Ｖ量较多的低合金高速钢存在 ｃｒ等元素，结合ｘ一射线衍射图，判断是Ｍ６Ｃ型碳化
Ａ钢淬火后于５５０ ｏＣ保温２５ ｈ后的组织形态 示于图１３，其回火稳定性试验结果示于图１４。
２０（。） 图１１ Ａ钢回火态Ｘ－射线衍射图 Ｆｉｇ．１ １ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｓ—ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ａ ｓｔｅｅｌ
２．２硬度试验 Ａ钢的三次回火硬度峰值出现在５５０ ｏＣ，峰值
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｒｅｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ
自上世纪初Ｔａｙｌａｒ等人研制成功高速钢以来， 在工模具行业经久不衰，经过近一个世纪的发展，不 断地改进和提高，已形成多个体系，几十个品种的 产品。由于其较高的红硬性，较好的强韧性等优异 性能，仅在刀具材料方面就几乎占据了半壁江 山０１１，是机械制造行业中非常重要的冶金材料。为 了进一步提高高速钢的红硬性，先后发展了ｃｏ高 速钢和Ａｌ高速钢，可将红硬性由５６０℃提高到６００ ℃以上。但合金元素的大量加入，使得高速钢的成 本过高，尤其Ｃｏ元素是我国的稀有元素，Ｃｏ元素资 源多集中在扎伊尔和赞比亚两国旧Ｊ，使ｃｏ高速钢 价格昂贵；而且Ｗ、Ｍｏ等合金元素近几年价格涨幅 很大，这些价格因素在一定程度上限制了高速钢的 应用和发展。从降低成本，节省贵重金属资源，节约
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图１３ Ａ钢在５５０℃保温２５ ｈ后的金相相组织 Ｆｉｇ．１３ Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ ｈｅａｔｅｄ ａｔ ５５０ ｏＣ
ｆｏｒ ２５ ｈ
Ｕ ２
警 越
酪
５
１０
１５
２０
２５
时间／ｍｉｎ
图１４ Ａ钢的回火稳定性
Ｆｉｇ．１４ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｏｆ Ａ ｓｔｅｅｌ
利用光学显微镜（ＯＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫 描电镜（ＳＥＭ）及能谱（ＥＤＳ）分析了超低Ｗ、Ｗｏ高 速钢的显微组织及微区成分；对钢的硬度、回火稳定 性和耐磨性等性能进行了试验。
收稿日期：２００６—０７—２０ 作者简介：王豫（１９４２．１２．），男，河南淮阳人，教授，安徽省热处理学会副理事长，长期从事材料热处理教学
硬度达到６４．５ ＨＲＣ，详见图１２。三次回火后各试样 的硬度均有峰值出现，在Ｗ、Ｗｏ元素含量低的情况 下，有如此高的硬度，主要有两方面的原因：（１）钢中 除Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ形成合金碳化物外，添加的微合金元素 Ｎ、Ｎｂ等形成高硬度的Ａ１Ｎ、ＮｂＮ、ＶＮ。回火时，ＶＣ、 ＮｂＣ、Ｖ（Ｃ，Ｎ）等弥散析出，大大提高了基体硬度ｐ ｏ， Ｎｂ还可以推迟０【．Ｆｅ的回复再结晶温度‘６ ｏ，阻止基体 的软化；（２）灿的原子半径很大，固溶人基体后，阻碍 扩散和延缓软化，大大提高了固溶强化的作用，也会 使回火的碳化物细化，更加弥散；（３）ＲＥ在奥氏体中 的溶解度很小，即使加入少量也将发生严重偏析而富 集在高熔点复合碳化物周围¨７｜，这有利于阻止共晶碳 化物沿晶界长大，使碳化物细化。
少量的含Ｖ共晶体外，大部分低合金高速钢中皆不
物；共晶碳化物中孤立存在的块状碳化物（ｂ）颜色
·１６‘
《热处理》 ２００７年第２２卷第２期
万方数据
较深，扫描能谱分析表明是以Ｖ为主的碳化物，判 断为Ｖ４Ｃ３。在基体能谱中，除有Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ外，还 固溶有Ａｌ。
表１中Ｂ钢和Ｄ钢的铸态组织分别示于图６、 图７，由于试块用精密铸造方法制备，腊模壁较薄， 冷却速度快，铸态组织中出现了很多马氏体，在图１ 中清析可见。
文章编号：１００８—１６９０（２００７）０２—００１５－００５
Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ
Ｕｌｔｒａ．１０ｗ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ａｎｄ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ
ＷＡＮＧ Ｙｕ．ＺＨＥＮＧ Ｓｈｕａｎｇ—ｑｉ