钇钨钼表面高速钢合金层研究
高原;李冰;王成磊;陈选楠;黄学锋
【摘要】利用双层辉光等离子渗金属技术,以稀土钇、钨、钼作为源极,在Q235钢表面进行钇钨钼共渗,形成均匀致密合金扩散层.探究了保温温度、极间距、气压、保温时间等工艺参数对合金扩散层厚度的影响.通过金相显微镜观察扩散合金层的金相组织,用EDS、XRD观察分析合金扩散层的成分分布和相结构.研究结果表明,等离子钇钨钼共渗最佳工艺参数为:源极电压-900～-1000 V、阴极电压-450～-650V、保温温度1 000 ℃、极间距25 mm、工作气压30 Pa、保温时间3～4 h.可获得25 μm的扩散合金层,扩散合金层为均匀固溶体层,组织形貌为柱状态晶体,基体与渗层之间有明显的反应扩散分界线,渗层与基体是冶金结合,无剥落现象,合金扩散层具有较好的成分和结构梯度.
【期刊名称】《桂林电子科技大学学报》
【年(卷),期】2010(030)006
【总页数】7页(P590-596)
【关键词】稀土钇;双层辉光;等离子共渗;耐磨性
【作者】高原;李冰;王成磊;陈选楠;黄学锋
【作者单位】桂林电子科技大学,材料科学与工程学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,材料科学与工程学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,材料科学与工程学院,广西,桂林,541004;桂林电子科技大学,材料科学与工程学院,广西,桂
林,541004;桂林电子科技大学,材料科学与工程学院,广西,桂林,541004
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.8
整体冶金高速钢具有高硬度、高耐磨及优良的红硬性,一直被用在刀具、模具以及要求高耐磨的机械零件方面[1]。但是冶金高速钢存在成分复杂、合金含量高、价格昂贵、生产工艺繁琐、组织结构特殊等一系列问题[2],如:①碳化物不均匀;②须增加塑性加工工序改善共晶碳化物;③成材率低;④合金元素消耗大;⑤价格昂贵。
表面高速钢[3]是利用表面合金化技术在钢铁材料表面渗入高速钢的主要元素W、M o、Cr、V等,经渗碳及回火复合工艺处理,其合金层的成分及性能达到或超过冶金高速钢[4]。
与整体冶金高速钢相比,表面高速钢具有以下优点[5]:①表面高速钢仅在材料表面形成数十到数百微米的合金层,节约合金元素,成本低廉。②表面高速钢的碳化物形成机理与冶金高速钢不同。碳化物是固态渗碳形成的,碳化物细小、弥散、均匀,比冶金高速钢锻造后的碳化物尺寸约小1～2个数量级,并可通过热处理方法调整,所以具有较好的机械性能。
本研究采用双辉等离子表面渗金属技术,首次在廉价的碳钢表面进行稀土钇钨钼共渗,并进行后续渗碳、淬火和回火处理,形成具有我国稀土资源优势的表面稀土高速钢,对于钢铁材料的机械性能的改善机理,充分发挥稀土元素在钢中的作用有着积极的意义[6]。
1 双辉等离子渗金属技术
双辉等离子渗金属技术[7]的原理如图1所示。在真空容器里,设置2个阴极和1个阳极(阳极公用)。2个阴极中的1个由提供欲渗入的合金元素制成,称之为源极。另1个阴极放置被渗试样,简称工件(或试样)阴极。在源极和阳极之间、工件阴极与阳
极之间各设一个可控直流电源或脉冲电源。当真空室抽真空后,充入适量的氩气,接通电源,在源极与阳极之间、工件阴极与阳极之间分别产生辉光放电。利用辉光放电所产生的氩离子轰击源极,使欲渗入的合金元素从源极表面被溅射出来,并被试样表面吸附。与此同时,氩离子轰击工件阴极的试样,使其加热至高温,从而使试样表面吸附的合金元素向内部扩散而形成具有特殊物理化学性能的合金层。由其原理可见,双层辉光离子渗金属技术的创新点是用物理方法彻底解决了目前一直沿用且污染严重的化学方法进行高熔点金属合金化时的渗入问题[8]。
图1 双层辉光离子渗金属技术原理
2 钇钨钼共渗工艺
2.1 材料的选择
选择退火态Q235钢作为实验材料,其尺寸为170 mm×20mm×2mm;钨钼源极板:钨钼质量分数比例为1∶4,尺寸110 mm×50mm×5mm;钇源极板:纯度为99%,尺寸为100 mm×80mm×8 mm。
2.2 工艺规范
双辉等离子钇钨钼共渗工艺为:
(1)抽真空后到极限(小于5 Pa),并充入氩气到500 Pa,再抽到极限真空度,这样重复2～3次。目的是提高真空容器内的残存气体纯度,防止稀土被氧化;
(2)加入电压,并逐步升高,对阴极及源极表面进行打弧清理,该过程约15m in;
(3)逐步调低阴极电压,提高源极电压,并调整充入适量氩气,进行升温过程;
(4)调整各电压和电流到工艺设定的值,缓慢升温至规定值保温;
(5)保温结束后,抽真空到极限,缓慢降温至室温。
2.3 工艺参数
实验中采用源极电压-900～-1 000 V、阴极电压-450～-650 V的基本工艺参数,探讨分别在不同共渗保温温度、极间距、工作气压、保温时间下钇钨钼共渗层的特
点。
2.4 设备
用型号为DSL-10的等离子渗金属炉进行钇钨钼共渗工艺;用日本JEOL/JSM-
5610LV扫描电镜进行形貌和成分分析;日本岛津显微硬度计HV-1000进行显微硬度分布检测;用金相显微镜进行微观组织观察、渗层厚度测定;用德国Bruker-axs-
D8型X射线衍射仪进行晶体结构和相组成分析;用GZTC-01型磨损试验机对钇钨钼表面高速钢进行耐磨性实验研究。
3 不同工艺参数对共渗层的影响
3.1 不同保温温度下钇钨钼共渗合金层分析
图2～4为Q235钢试样在950、1 000、1 050℃,极间距25 mm条件下,保温3
h钇钨钼共渗后的金相图,图5为温度对渗层厚度影响曲线,图6为1 000℃试样的
X射线衍射图,图7为1 000℃试样用能谱仪对渗层进行成分分布图。
由图可见,基体与渗层之间均有明显的反应扩散分界线[9]。这是由于合金元素钨、
钼是缩小γ区的元素。高温渗金属初期,钨、钼、钇首先形成在γ-Fe中的固溶体,
随着表面钨、钼、钇含量的增加,当超过它们在γ-Fe中的溶解度时,在γ-Fe表面产生反应扩散现象,形成钨、钼在α-Fe中的晶核。随着时间的增长,表面钨、钼浓度
的提高,表面晶核不断长大,并以柱状形态向内延伸。此时在表面形成一定厚度的钨、钼在α-Fe中的固溶体层,其前沿为钇、钨、钼在γ-Fe中的固溶体,向内是奥氏体基体组织。
图2 950℃共渗层金相组织(×400)
图3 1 000℃渗层组织(×400)
图4 1 050℃渗层组织(×400)
图5 渗层厚度与保温温度的关系
图6 共渗层X射线衍射图
图7 成分分布图
α-Fe与γ-Fe间由于晶体结构的差异而形成明显的分界面,此分界面随着时间的延
长和表面浓度增高不断向内平行推移。保温结束冷却过程中,温度低于相变点(723℃),表面渗层的相结构并不发生变化,但渗层与基体的交界处钇、钨、钼在γ-Fe中的固溶体和奥氏体基体将会发生相变,转为体心结构的α-Fe[10]。因转变速度快,原子错配造成的相界面无法统一,出现室温情况下的渗层与基体之间的分界线。
此外,还可见渗层内的柱状晶组织与基体保持着非常好的晶体学位相关系,反应扩散
的新相形成过程是依附于基体形核长大的,渗层与基体是固态冶金形成的组织[11],
因此结合性能好。
由图4可见,当试样温度升高到1 000℃时,渗层厚度达到最深,随着温度继续升高,渗层反而减薄。这可能与试样温度升高是依靠阴极电压的升高实现有关,阴极电压升
高增加了试样表面的反溅射量,使得浓度梯度降低,扩散速度降低所致。
由图6可见,渗层是由Fe17 Y2、Fe3M o以及W、Mo在α-Fe中的固溶体组成[12]。
由图7可知,钼元素在整个合金层中的质量分数比钨、钇的质量分数要高,在表面处可达16%(质量分数%)左右。钨的表面含量达到了3%左右,依据高速钢钨当量计算方法[13],1%钼=2%钨,可见表面层钨当量达到了40%。钨、钼的含量随表面距离
的增加而逐渐减少。钇的分布不均匀。最高可达9.5%,前10μm平均为7.5%左右。这是由于Y的原子半径(0.180 1 nm)要比Fe原子半径(0.126 nm)大40%[14],溶
解在晶内的钇原子将造成晶体点阵的畸变,产生一定的畸变能,而晶界的原子排列比
较疏松,有较多的空穴等缺陷。Y原子在晶界偏聚,会使系统能量降低,这在热力学上是自发的过程,故Y原子有较大的向晶界偏聚的趋势。当Y的含量大于一定的值时,有钇的金属间化合物在晶界处生成。通过分析可知,稀土钇扩散机制为:①沿晶界的
扩散;②沿晶内的空位或缺陷的置换扩散。显然,晶界扩散比晶内扩散的速度快得
多,Y将沿晶界偏聚,出现不均匀现象[15]。
3.2 不同极间距钇钨钼共渗合金层的结果
源极与试样之间的距离(简称极间距),是影响合金化的一个重要因素。合金元素的活性离子被从源极溅射出来,在电场的作用下,将向工件阴极移动。而源极被溅射出的
二次电子,将在电场作用下向阳极运动。二次电子的产生和发射,是维持辉光放电的
基本因素[16]。整个放电过程可以看作是各种粒子在电场作用下的定向迁移的运动。这种迁移的形式将影响着放电过程的强弱程度。电场的作用如果能够有效地增长电子的运动距离并增加电子能量,将引起更多粒子的电离,进而强化放电强度;反之将会减小或削弱放电强度[17]。放电强度的增加,从某种程度上将加强离子溅射和供给量,促进渗金属的进行。图8～11为极间距为15、20、25、30 mm,钇钨钼共渗后的金相组织,图12为极间距对渗层厚度影响曲线。由图12可见,随着极间距的增加渗层厚度增加,当极间距为25 mm时,渗层达到最厚值。随后渗层厚度开始减薄。
这是因为极间距可以看作是源极被溅射出来的合金元素粒子向试样表面的运动距离。距离长,粒子空间复合机率大,到达试样表面的钨钼活性原子数量减少,表面浓度梯度减小,扩散速度减慢。距离短,试样与试样、试样与源极、源极与源极之间的空心阴
极效应较小,溅射和表面活化程度降低,也不利于扩散进行[18]。
图8 极间距为15 mm的金相组织
图9 极间距为20 mm的金相组织
图10 极间距为25 mm的金相组织
图11 极间距为30 mm的金相组织
图12 极间距对渗层厚度的影响
3.3 不同工作气压下钇钨钼共渗合金层分析
图13～16是工作气压为20、30、40、50 Pa钇钨钼共渗后的金相图,图17为气
压对渗层厚度影响曲线。一般情况下,气压高,气体离子多,自由程短,离子积蓄的能量
小,溅射量少,进而供给量少,故渗层薄;气压低,气体离子少,自由程长,离子积蓄的能量大,但是数量少因而溅射量少,提供的源极原子少,故渗层薄。大量研究表明,气压太高或太低,都不利于最佳合金渗层的形成[19]。
图13 气压为20 Pa的金相组织
图14 极间距为30 Pa的金相组织
图15 气压为40 Pa的金相组织
图16 气压为50 Pa的金相组织
图17 气压对渗层厚度的影响
由本试验可见,气压值为30 Pa的试样渗层均匀而且较厚。随着气压升高,源极表面的离子轰击密度增强,表现为源极电流增大。源极表面离子轰击密度的增强必将导致源极溅射量的增加,但气压升高背散射效应也增强[20],使得大量合金元素通过碰撞又返回源极表面,最终导致源极供给量下降。随着源极供给量减小,工件表面合金浓度降低,渗层厚度减小。气压值较低时,由于气体自由程增大,离子轰击能量加大,但是轰击源极表面的离子密度小,总的溅射量小,供给量少,对扩散的促进作用受到消弱,也不利于形成较厚的合金渗层。
3.4 不同保温时间钇钨钼共渗合金层分析
图18～21是保温时间分别为2、3、4、5 h钇钨钼共渗后的金相图,图22为保温时间对渗层厚度影响曲线。由图12可见:共渗层厚度随着保温时间的增加而增加,增长速度由快趋于缓慢。这是因为在钇钨钼共渗初期,由于大量的离子轰击,试样表面产生高密度的缺陷,钨钼活性原子迅速吸附在试样表面并形成较高的浓度梯度,渗入速度较快。随着渗入时间的延长,试样表面逐渐形成越来越致密的渗层,表面浓度梯度减小,影响了合金元素的渗入速度,渗层的生长速度受到限制,导致渗层的生长速度减慢。根据实验结果,最佳的钇钨钼共渗工艺为源极电压-900～-1 000 V、阴极电压-450～-650 V、保温温度为1 000℃,气压30 Pa、极间距25 mm,保温时间
3～4 h(或根据渗层需要进行时间调整)。
图18 保温2 h的金相图
图19 保温3 h的金相图
图20 保温4 h的金相图
图21 保温5 h的金相图
图22 保温时间对渗层厚度影响
4 结论
(1)钇钨钼共渗层与基体之间有明显的反应扩散分界线,共渗渗层为柱状组织,其室温状态组织为:钨、钼、钇在α-Fe中的固溶体+基体组织;
(2)渗层的柱状晶组织与基体保持着非常好的晶体学位相关系,反应扩散的新相形成
过程是依附于基体形核长大的,渗层与基体是固态冶金结合组织;
(3)本工艺条件下,保温温度为1 000℃时,共渗层达到最大厚度;
(4)共渗层是由Fe17 Y2、Fe3 Mo以及W、M o在α-Fe中的固溶体组成;
(5)共渗层合金元素总量达到25%以上,表面钨质量分数达到了40%以上;
(6)稀土钇的分布不均匀,表面最高可达9.5%,前10μm平均为7.5%左右;
(7)本试验条件下,极间距为15、20、25、30 mm时,随着极间距的增加渗层厚度
增加,当极间距为25 mm时,渗层厚度达到最大值,随后开始减小;
(8)本试验条件下,工作气压为20、30、40、50 Pa时,随着气体压力的增加渗层厚
度增加,当气体压力为极间距为30 Pa时,渗层厚度达到最大值,随后开始减小;
(9)本试验条件下,保温时间为2、3、4、5 h时,共渗层厚度随着保温时间的增加而
增加,增长速度由快趋于缓慢;
(10)本试验的最佳共渗工艺为:源极电压-900～-1 000 V、阴极电压-450～-650 V、保温温度1 000℃,工作气压30 Pa、极间距25 mm,保温时间3～4 h为宜或根据
渗层实际需要进行调整。
参考文献:
[1邓玉昆,陈景榕,王世章.高速工具钢[M].北京:冶金工业出版社,2002:5-8.
[2] 郭更三.高速钢[M].北京:机械工业出版社,1998:10-20.
[3] 高原,张夏平,丁纪纲,等.等离子表面复合渗合金层碳化物相的研究[J].材料热处理学报,2004,25(3):78-80.
[4] 徐重,王从曾,苏永安,等.离子渗钨钼技术在手用钢锯条上的应用研究[J].金属热处理,1988,(3):13-19.
[5] 李忠厚,张艳梅,张平则,等.基材碳含量对离子渗W,M o,Co的影响[J].材料热处理学报,2004,25(6):12-15.
[6] 徐光宪.稀土[M].北京:冶金工业出版社,2002:12-18.
[7] 徐重.等离子表面冶金技术的现状和发展[J].中国工程科学,2002,4(2):36-41.
[8] 高原,徐重.双层辉光离子渗金属渗入机理的研究[J].真空,1993(2):16-20.
[9] 高原,徐晋勇,高清,等.双层辉光离子渗金属技术特点[J],中国工程科
学,2008,10(2):26-29.
[10] GaoYuan,Xu Jinyong,Liu Yanpin,et al.Research on microstructu res of alloyed layer by plasma surface alloying with Tungsten and Molybdenum[J].Key Engineering Materials,2005,297-300:1108-1112. [11] 郑英,高原.T10钢低温双辉等离子表面渗镀铬硬化的研究[J].材料工
程,2009(3):69-74.
[12] 钟华仁.钢的稀土化学热处理[M].北京:国防工业出版社,1998:4-8.
[13] 徐进,译.工具钢[M].北京:冶金工业出版社,1987:229-233.
[14] 黄拿灿,胡社军.稀土表面改性及其应用[M].北京:国防工业出版社,2007:7-10.
[15] 王龙妹.稀土元素在新一代高强韧钢中的作用和应用前景[J].中国稀土学
报,2004,22(1):48-53.
[16] 李成明,田林海,徐重,等.双层辉光离子渗金属中W-Mo合金供给源的研究[J].材料科学与工艺,1998,6(4):109-111.
[17] Gao Yuan,Xu Jinyong,Gao Qing.Analysis on characteristics of double glow discharge plasma surface alloying process[J].Hot Working
techn,2000(6):56-59.
[18] Li Zhonghou,Lui Xiaoping,Zhao Jinxiang,et al,Age-hardening of surface aged hardening alloy[J].Trans Nonfer rous M et Soc China,2000,10(6):788-790.
[19] Xujinyong,Liu yanping,Wang jianzhong.Inverstigation of Mo-Cr alloying layer on Q235 steel prepared by double glow discharge technology and different heat treatment[J].Trans Master Heat Treatmen t,2006,27(1):104-107.
[20] 李成明,徐重,田林海,等.离子渗金属中等离子体参数与工艺参数的相关性[J].中国有色金属报,2003,13(2):311-314.
高速工具钢 1、高速钢的化学成分特点、分类及表示方法 1）高速钢的化学成分特点 高速钢属于高碳、高合金、莱氏体钢 碳：0.7-1.4% 合金元素总量：12%-30% 莱氏体钢：铸态组织中出现莱氏体 2)高速钢分类 按使用性能分类普通高速钢： W9、M2 高性能高速钢： M42 、 M2Al 按所含主要合金元素分类 钨系高速钢：含钨大于9-10%，不含钼或不超过1%钼 W18Cr4V(T1) 钼系高速钢：含钼高于8%，不含钨或不超过2%钨 W2Mo9Cr4V2 钨钼系高速钢：介于上述两者之间 W6MO5Cr4V2 3）高速钢表示方法 W9: W9Mo3Cr4V 9-3-4-1 W18: W18Cr4V 18-4-1 M2: W6Mo5Cr4V2 6-5-4-2 注意：数字和元素符号同大小 2、高速钢中合金元素的作用见课本 3、高速钢的铸态室温组织 高速钢的铸态组织常常由鱼骨状莱氏体(Ld)、中心黑色的共析体、白亮的马氏体和残余奥氏体组成 4、高速钢中的碳化物 高速钢中的碳化物种类多，形态各异。 碳化物按实际生成情况分为一次碳化物（直接由液相析出）和二次碳化物（从固体基体中析出）根据合金元素和碳原子的不同百分比，高速钢中存在的碳化物主要为： M6C、MC、 M23C6、M2C、M3C等 M6C型碳化物：典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。其中Fe和W可以相互置换，形成Fe3W3C或Fe2W4C。钢中含有的Cr、Mo、V可溶解在M6C中，Mo、V可置换W；Cr可置换Fe、W，这就使M6C稳定性不同。如Cr溶入M6C中，使M6C稳定性下降。 M6C的硬度为73.5HRC-77HRC 在扫描电镜下观察，呈白亮色。存在于铸态、退火态、淬火态和回火态中 M23C6型碳化物：典型碳化物是Cr23C6 主要合金元素为Cr和Fe，铁含量可以很高，甚至超过Cr 可溶入一定量的W、Mo和极少的V 其稳定性较差，淬火加热时，全部溶于奥氏体中增加钢的淬透性，存在于退火态中。 MC型碳化物：以V为主的VC，能溶解少量的W、Mo、Cr等元素。 VC的最高硬度可达HRC83-85。碳化物VC的稳定性最高，即使在淬火加热温度下，也不能全部溶解。可在高温回火过程中析出，使高速钢产生弥散强化，从而使钢具有高的耐磨性（二次硬化）。在扫描电镜下观察呈灰黑色存在状态：退火态、淬火态和回火态。 M2C和M7C3型碳化物：典型碳化物为W2C、Mo2C 高速钢在回火过程中，当温度超过500℃时，自马氏体中析出W2C、Mo2C，引起钢的弥散硬化。在扫描电镜下观察M2C呈灰色。存在于铸态、回火态。当回火温度超过650℃时，则析出M6C及M7C3，它们容易聚集长大，使钢的硬度下降。 碳化物的稳定性：结合能高的，碳化物硬度高，热稳定性好简单型碳化物结合能高，热稳定性好热稳定性顺序由低到高： M3C 、 M7C3、 M23C6、 M6C、 M2C 、 MC 5、碳化物分布对高速钢性能的影响 1）碳化物不均匀分布类型一次碳化物不均匀度（碳化物偏析）：一次碳化物不均匀度是指经热塑性变形加工破碎后共晶碳化物沿纵向的分布情况。大颗粒碳化物：单个碳化物颗粒达到9um以上。碳化物堆积：常见于高速钢退火态，正常碳化物应呈细小颗粒均匀分布于基体上，而碳化物堆积处碳化物外形不规则，似棉絮状 2）碳化物分布对高速钢性能的影响 高速钢共晶碳化物不均匀分布，使钢材机械性能呈现各向异性，降低了钢材的强度、塑性和
基于神经网络的双层辉光离子渗金属 工艺预测模型(二号黑体)* 董宏林1闫颖鑫2王科俊2段广仁2(四号仿宋) (1. 南京理工大学计算机科学与技术学院南京210094；(五号宋体) 2. 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001) 摘要(小五黑体)：将人工神经网络理论和算法应用于双层辉光离子渗金属工艺的研究，在对网络进行训练的基础上，建立了双层辉光离子渗金属工艺与渗层表面成分和元素总质量分数、渗层厚度和吸收率之间的数学模型，试验结果与计算结果十分吻合。(小五宋体) 关键词(小五黑体)：双层辉光人工神经网络预测模型(小五宋体) 中图分类号(小五黑体)：TG156(小五Times New Roman) Research on ANN-based Prediction Model Used to Double Glow Plasma Surface Alloying Processing(小三) XXX(姓大写) Xxxxxx XXX Xxxxxx(小四) (1.College of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100081; 2.School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030 )(五号) Abstract(小五黑体)：The theory and the algorithm of the artificial neural network are applied in the research of the technique and the composition, the gross mass fraction of element, the thickness of surface alloying layer as well as the absorption rate is built. The calculation results are in good agreement with the experimental results.(小五) Key words(小五黑体)：Double glow Artificial neural network Prediction model 0 前言(四号宋体) (五号宋体)双层辉光离子渗金属技术是我国在国内外都获得专利的一项等离子表面冶金新技术[1-4],它可以在普通材料表面形成具有特殊物理、化学性质的表面合金层。双层辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题，各种合金元素在源极表面溅射的特性、工件表面的沉积扩散，等离子体空间传输存在较大的差异。而且宏观工艺参数较多，它们之间相互作用关系复杂，以往人们都是借助于经验，很难找到反映其内在规律的数学模型。 人工神经网络理论的提出与发展为研究非线性系统提供了一种强有力的工具，它已成功的应用于许多研究领域，在材料热处理学科的应用越来越受 国家自然科学基金资助项目(7150080050)。xxxxxxxx收到初稿，xxxxxxxx收到修改稿（六号宋体，此处为角注，和正文分开）到重视[5-6]。首次以美国HAYEN公司生产的Hastelloy C—2000镍基耐蚀合金为源极，进行Ni-Cr-Mo-Cu多元共渗工艺研究。利用人工神经网络技术，建立了双层辉光离子渗金属工艺与渗层合金成分及合金元素总质量分数、渗层厚度和吸收率之间的预测模型。 1 试验方法和试验方案(四号宋体) 1.1 试验方法 渗金属试验在自制双层辉光离子渗金属炉中进行，源极材料为Hastelloy C—2000合金，尺寸为130 mm×50 mm×4 mm，工件材料为20钢，尺寸为80 mm×25 mm×3 mm。采用脉冲放电模式：源极采用直流电源，工件采用脉冲电源。源极材料Hastelloy C—2000的质量分数：w Ni=59%，w Mo =16%，w Cr=23%，w Cu=1.6%，w C＜0.01%。
热处理对96.5Sn3.5Ag焊点中Cu-Sn合金层的影响 汤清华潘晓光Lawrance C.M.Wu 摘要在焊点与铜基之间形成的Cu-Sn合金成分对表面安装器件的疲劳寿命起着关键性的作用。本文着重研究了93.5Sn3.5Ag(简写为Sn-Ag)焊料与Cu 基界面间形成的合金层，通过电子扫描显微镜(SEM)，X衍射(XDA)及能谱X射线(EDX)等分析发现，在Sn-Ag与Cu基界面上存在Cu6Sn5及Cu3Sn两种合金成分，且随着热处理时间增加，Cu6Sn5合金层增厚，并在该处容易出现裂纹而导致焊点强度减弱，从而使焊点产生疲劳失效。 关键词热处理96.5Sn3.5Ag焊点合金层 Effect of Annealing on Intermetallic Cu-Sn of 96.5Sn3.5Ag Solder Joint Tang Qinghua Pan Xiaoguang Dept of Electronics of Science and Technology Huazhong University of Science and Technology Lawrance C.M.Wu Dept of Physics and Materials Science of City University of Hongkong Abstract Copper-Tin(Cu-Sn) Intermetallic compounds(IMC) between solder joint and Cu pad plays a key role on the fatigue life serface on mount technology(SMT).In this paper,the Cu-Sn IMC of 96.5Sn3.5Ag solder joint was studied.Through SEM,XDA and EDX analysis,it was found that there were two kinds intermetalic,Cu6Sn5 and Cu3Sn,on the interface of solder and copper,The thickness of intermetallic increased with annealing time increased.It would cause the creak of the solder and abate the mechanical strength of solder and make solder fatigue failure. Keywords Annealing96.5Sn3.5Ag solder joint Intermetallic 在表面安装焊点中影响其可行性的主要因素之一是焊料与铜基界面出现的Cu-Sn合金层，对Sn-Pb焊料，有两种合金项成分出现在界面上，即Cu6Sn5和Cu3Sn ［1，2］，由于Cu 6Sn5本身具有易碎的特性，加上它与焊点及印制电路板之间热膨胀系数相差较大，从而是使焊点强度降低，直至产生疲劳失效的重要隐患。 无铅焊料一直是人们研究用以替代Sn-Pb焊料的重要目标，研究发现Sn-Ag 焊料有很多性能都达到甚至超过了Sn-Pb焊料的性能，如它具有好的延展性、热蠕变及热阻小等特性，但它的熔点较高而决定其只能用于高温焊接。 本文主要研究了Sn-Ag焊料与铜基形成的合金层。我们采用典型的再流焊工艺焊接样品，并在不同的热处理条件下对样品进行热处理，测试焊点的切向拉力强度，并用SEM、EDX、XDA观察并分析焊点的结构及成分。 1 实验过程
高速钢 摘要：随着社会的高速发展，之前一直使用的低合金钢难以满足生产上高速切削加工的要求，进而企业一直在寻求更适合进行切削的钢材。而科学家也尝试在钢中，通过尝试在钢中加入各种元素使钢的特性改变从而获得适合切削的钢材，而高速钢适时的产生给企业的发展提供了新的力量。 关键词：高速钢，高速切削的刃具，耐磨性，合金钢 ⒈高速钢的用途及名称 高速钢全称为高速工具钢，按其成分和性能可以分为：钨系高速钢，钨钼系好事钢，一般含钴高速钢，超硬高速钢等。高速钢主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。 ⒉高速钢的成分及物理性能 高速钢是高合金钢，主要成分要含有C，W，Mo，Cr，V，Co，Al等等元素。物理性能：高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580～650℃，保温1小时,然后冷却,这样反复4次后测量其硬度值。高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为1210～1240℃，高钼系高速钢为1180～1210℃。淬火后一般需在540～560℃之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。 ⒊高速钢的热处理工艺及微观结构 ⑴．高速钢的热处理工艺 高速钢经锻轧后，要进行退火。高速钢的Ac1在820~840℃范围，退或温度选择略高于Ac1。普通退火工艺为860~880℃，保温2~3h。此时大部分合金碳化物未溶入奥氏体，奥氏体稳定性小，冷却时易转变成粒状珠光体。为了缩短退火时间，也可采用等温退火。高速钢的淬火是为了获得高合金的奥氏体，淬火后获得高合金的马氏体，具有高的抗回火稳定性，在高温回火是析出弥散合金碳化物产生次生硬化，使钢具有高的硬度和热硬性。高速钢中的合金化合物比较稳定，必须在高温下才能将其溶解。所以，虽然高速钢的Ac1在820~840℃范围，但其淬火加热温度必须在Ac1+400℃以上。高速钢的淬火温度选择和控制也是很严格的，而高速钢的优异性能只能在正确淬火和回火处理后才能得到充分发挥。高速钢的红硬性和强度，韧度等性能之间在工艺参数上是不完全一致的。随着淬火温度的提高，红
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢。高速钢是美国的.泰勒和M.怀特于1898年创制的。高速 钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼 方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和 热处理变形。高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性。当切削温度高达600℃ 以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，而得其名。常见的普通高速钢有两种：钨系高速钢和钨钼系高速钢。钨系高速钢典型牌号为w18Cr4V，热处理硬度可达63-66HRC，抗弯强度可达3500MPa， 可磨性好。钨钼系高速钢典型牌号为W6Mo5Cr4V2，目前正在取代钨系高速钢，具有碳化物细小分布均匀，耐磨性高，成本低等一系列优点。热 处理硬度同上，抗弯强度达4700MPa，韧性及热塑性比w18Cr4V提高50%。常用于制造各种工具，例如钻头、丝锥、铣刀、铰刀、拉刀、齿轮刀具 等，只是它的脱碳敏感性稍强。另一牌号的普通高速钢为W9Mo3Cr4V，这是中国近几年发展起来的新品种。强度及热塑性略高于W6Mo5Cr4V2， 硬度为HRC63-64，与韧性相配合，容易轧制、锻造，热处理工艺范围宽，脱碳敏感性小，成本更低。 高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性能而发展起来的新品种。具有更高的硬度、热硬性，切削温 度达摄氏650度时，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性为普通高速钢的倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加 工材料的刀具。主要品种有4种，分别为高碳系高速钢、高钒系高速钢、含钴系高速钢和铝高速钢。钴高速钢牌号有W2Mo9Cr4VCo8。其特点为： 含钒量不高(1%)，含钴量高(8%)，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度来提高耐磨性。这种高速钢硬度、热 硬性、耐磨性及可磨性都很好。热处理硬度可达67-70HRC，但也有采取特殊热处理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特别是间断切削) 得到改善，提高冲击韧性。铝高速钢牌号为W6Mo5Cr4V2Al W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入
钼的化学性质 在常温下钼在空气或水中都是稳定的，但当温度达到400℃时开始发生轻微的氧化，当达到600℃后则发生剧烈的氧化而生成MoO3。盐酸、氢氟酸、稀硝酸及碱溶液对钼均不起作用。钼可溶于硝酸、王水或热硫酸溶液中。在很高的温度下钼于氢也不相互反应，但在1500℃与氮发生反应形成钼的氮化物。在1100～1200℃以上与碳、一氧化碳和碳氢化合物反应生成碳化物如MoSi2,此MoSi2即使在1500～1700℃的氧化气氛中仍是相当稳定的，不会被氧化分解。 钼原子有两个不完全的电子层，它在各种钼化合物中可为2、3、4、5或6价，这就是说钼可形成许多种类的化合物。然而钼最主要的化合物为氧化物、钼酸及各种类型的钼酸盐。钼的主要化学性质如下表所示：
钨的性质和主要用途 (一)钨的性质 钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。 钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。 钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。 钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。 常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。 常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。 (二)钨的主要用途 钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。 掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。 钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作X射线管的灯丝。在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和
激光表面合金化的研究进展及应用 （袁中涛20100110） 摘要：激光表面合金化是一种材料表面改性处理的新方法，具有广阔的应用前景。本文综述了激光表面合金化的研究现状，其中包括激光表面合金化工艺制定的基本原理及工艺分类，合金化涂层的组织特性与性能。介绍了研究的材料类型及方法，国内外研究重点以及最新研究成果和理论分析，并且简要讲述了激光表面合金化在实际工程中的具体应用及研究展望。同时本文指出了激光合金化当前研究存在的有待解决的问题和今后需要改进的方向。 关键词：激光表面合金化合金化涂层基体材料冶金结合 正文：激光表面合金化是一种既改变表层的物理状态，有改变其化学成分的激光表面处理新技术。它是利用高能激光束将基体金属表面熔化，同时加入合金化元素，在以基体为溶剂，合金化元素为溶质基础上形成一层浓度相当高、且相当均匀的合金层，从而使基体金属表面具有所要求的耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化等特殊性能。激光表面合金化能够在一些价格便宜、表面性能不够优越的基体材料表面上制出耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化的表面合金层，用于取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价基体材料得到广泛应用，从而使生产成本大幅下降。 与常规热处理相比，激光表面合金化能够使难以接近的和局部的区域合金化，在快速处理的过程中能够有效的利用能源，利用激光的深聚焦在不规则的零件上可得到均匀的合金化深度。而且具有工件变形小、冷却速度快、工作效率高、合金元素消耗少、不需要淬火介质、清洁无污染、易于实现自动化等优点，具有很好的发展前景。目前。激光表面合金化研究领域不仅限于低碳钢、不锈钢、铸铁，而且还涉及到钛合金、铝合金等有色金属[1,2]。 1.激光表面合金化的基本原理和工艺分类 1.1激光表面合金化的基本原理 激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米级别)小斑点上，加上它本身强度高.故可以使焦点处的功率密度达到105～1013 W/cm2.温度可达1万°C以上。在这样的高
激光功率参数对熔覆合金层力学性能影响的研究 在不同激光功率下对Q235B钢表面进行了激光熔覆，观察分析了不同功率下熔覆层的宏观表面形貌，测试了熔覆层的硬度，并进行了拉伸和冲击性能试验，所选用的合金粉末为Ni60+15%WC。研究结果表明，不同激光功率对熔覆层的表面质量有很大影响，随着激光功率的提高，熔覆层表面开裂的几率会增大；熔覆后的试件表面硬度和力学性能较基材都得到了提高，且激光功率P=3.0kW时提高程度最大，即硬度提高了227%，抗拉强度提高了14%～39%，冲击韧度提高了近50%。 标签：Q235B；激光熔覆；合金粉末；硬度；力学性能 引言 金属表面激光熔覆强化技术是近年来发展起来的一种新型表面处理工艺，可有效地改善金属表面性能[1-3]。激光熔覆可以在廉价的基材表面得到具有耐磨、耐热和耐腐蚀等优良性能的熔覆层，在许多领域已得到了广泛的应用[4-5]。目前激光熔覆材料主要有Fe基、Co基、Ni基粉末和金属陶瓷粉末等，其中Ni基自熔合金具有良好的韧塑性、耐磨性、抗冲击性、润湿性和抗氧化性等[6-7]。 影响激光熔覆层质量的因素很多，但多数研究主要集中在以下几个主要因素：激光功率、扫描速度、搭接率等。文章采用激光熔覆技术在Q235B钢表面制备Ni60+15%WC合金熔覆层，对比研究了不同激光功率下熔覆层的表面宏观形貌、硬度及熔覆后试件的抗拉性能和抗冲击性能。 1 实验 1.1 实验材料 实验基材选用Q235B钢，其抗拉强度为375～460MPa，屈服强度为235MPa，洛氏硬度为18.2HRC，化学成分见表1。将金属基材加工成200mm×300mm×5mm 的钢板试样，用金相砂纸打磨表面，再用无水乙醇清洗待用。试验选用自熔合金Ni60与WC混合的合金粉末作为熔覆层材料。Ni60为粘结相，粒度为140～320目，Ni60合金粉末的化学成分如表2所示。WC为硬质相，粒度为200～300目。将Ni60+15%WC粉末用混粉器混合均匀，加热200℃烘干2h待用。 1.2 激光熔覆试验 利用DL-HL-T5000B型横流CO2激光器对Q235B钢板试样进行熔覆试验，激光功率分别为2.5kW，3.0kW，3.5kW，3.8kW，扫描速度800mm/min，光斑直径5mm，搭接率为50%。激光器工作气体为CO2、N2和Ar，气体比例CO2：N2：Ar=1：8：7，气体纯度99.99%。
热处理实习报告2篇 昨天参观了工具加工的车削、磨、铣的精加工车间，今天我们开始了，热处理的学习。到底在精加工和刃磨角度之前或者在冷拔、冲压之前，工具经过了怎样的热处理呢?今天工具厂的老厂长，为我们做了详细的介绍。 热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。世界工业发展表明，制造技术的先进性是产品竞争能力的保证，而热处理技术的先进程度，则是保证机械产品质量的关键性因素。老师提到了美国历经数年形成并制订的“美国热处理2020年技术发展路线图”，这是目前国际上最先进的热处理技术发展路线，资料显示，美国对于热处理技术设想目标是能源消耗减少80%，工艺周期缩短50%，生产成本降低75%，热处理实现零畸变和最低的质量分散度，加热炉使用提高到原先的10倍(增加9倍)，加热炉价格降低50%，实现生产零污染。而我国的热处理相对于制造业发达的美国仍然存在20年的差距。 在上工具厂，主要的产品有：齿轮刀具、螺纹刀具、拉销刀具、孔加工刀具、硬质合金刀具、铣刀、铰刀类刀具、量具类刀具、非标准特殊刀具。而每一种产品在加工过程中都要依据其材料及工艺要求的不同接受不同方式的热处理。根据加热、冷却的方式及钢组织性能的变化特点不同，热处理可以分为以下几种：1、普通热处理：退火、正火、淬火和回火;2、表面热处理：表面淬火、化学热处理;3、其他热处理：真空热处理、变形热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。 随后，师傅为我们介绍了上海工具厂的热处理设备。在上海工具厂，有四台真空炉。热处理真空炉是具有高压(压力0.6-1.0mpa)气冷功能的真空热处理设备，适用于高速钢、高合金工模具钢、不锈钢等精密零件的真空气淬、退火、钎焊以及磁性材料的烧结及快速冷却等。在机床厂这四台真空炉中，有三台是91年从波兰引进的、美国技术制造的高压气淬真空炉，它由5bar的氮气进行冷却;有效零件炉塞尺寸为600600900mm、可承受最大重量为500kg;加热方式为高频辐射加热;
高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。按重量计，钨和钼占10—20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速铜采用了接近熔点的淬火温度，得到细晶粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火(约560℃)时又使合金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，1％的钼可代替2％的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物晶粒，提高韧性。 另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，所以钒的含量不宜超过3％。表2—1、2—2分别列出了主要高速钢的成分和性能。从表中可见，高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可0.5m／s(30m／min)左右。 高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能实行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的刀具和小型刀
具，均大量使用着高速钢。当前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。 按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有: 1．W18Cr4V 属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械（力学）性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具． 2．W6Mo5Cr4V2 属钨铝系高速钢；其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资源关系，已淘汰所谓传谓传统高速钢W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。这个钢种当前我国主要用于热轧刀具（如麻花钻），也可用于制作大尺寸刀具。 3．W14Cr4VMn-RE
表面涂层技术论文 钢表面铸渗烧结涂层分析 【摘要】铸渗工艺铸造表面复合材料是铸造金属基复合材料的一个重要组成部分。它 把高硬度、高熔点、高弹性模量、耐磨、耐蚀的陶瓷颗粒或纤维复合在不同性能的金属表面, 既可使整个构件具有满足工况要求的强韧性, 又可使构件表面一定厚度范围内具有高 的耐磨、耐蚀性,并能延长使用寿命。本文主要就铸渗材料和铸渗工艺的发展和铸渗法存 在的问题作一些浅显的探讨。 【关键词】铸渗材料铸渗工艺问题 前言 近年来.我国铸造业获得了飞跃式的发展，从2000年至2021年.中国铸件产量跃居世 界首位.从2021年至今中国铸件产量依旧保持持续增长。这种趋势在近期内有可能将继续 保持并保证中国铸造业的持续繁荣。但在铸造业繁荣的背后。也存在着形势严峻的一面。 能源环境的制约以及国际铸造科技竞争加剧和知识产权的保护强化已成为我国铸造业发展 的瓶颈，发展节约环保型、科技创新型铸造之路刻不容缓。 一、铸渗材料的发展 1表面合金化 表面合金化是铸造技术与表面冶金强化技术的结合.是利用铸造时液态金属的热量将 待渗元素熔化、分解、扩散，从而在铸件表面形成特殊性能的合金层。起到表面强化作用。铸造表面合金化的基本原理铸造表面合金化又称铸渗，首先将要铸渗的合金粉末或陶瓷颗 粒等增强相预先同定通过涂料或以膏块形式粘贴在型壁的特定位置上，然后浇注金属液。 让金属液通过孔隙渗透到合金涂层内，包围合金颗粒，在熔剂和其它添加剂的共同作用下。通过一系列高温冶金物化反应在原涂层所在位置形成合金化层。 2外加强化相表面材料复合 最常用的是加入陶瓷颗粒，陶瓷颗粒按稳定性从小到大依次为：碳化物、氮化物和氧 化物，一般碳化物、氮化物用于常温磨损工况，而高温磨损工况最好采用氧化物。WC是使用最多的一种铸渗剂，与钢铁材料相比，WC具有高硬度和高红硬性，同时它的抗压强度、导热和杨氏模量比钢铁材料高2～4倍，更重要的是WC与钢铁熔体润湿性好，易形成铸渗层，也是经常使用的强化相，但由于其与钢铁溶体的润湿差，不适用于铸渗工艺;通过表 面技术对AI：0进行Ni涂层和TiN涂层处理，改善了其与钢铁溶体的润湿性，并发现经 Ni涂层AI0，颗粒增强的表面复合材料具有高的界面结合强度，表现极高的高温耐磨性。 3内生强化相表面材料复合
钨钼材料的切削加工
1.常用难熔金属的力学物理性能有哪些？ 工业上常用的高熔点金属统称难熔金属，如钨、钼、钽、铌、锆等。 难熔金属熔点高、密度大，晶体结构稳定，激活能大，切削加工困难。以难熔金属为主，添加其他合金元素构成难熔金属材料。随着科学技术的发展，难熔金属在原子能、宇航、机械、电子、化工、医疗、纺织、轻工等领域得到了越来越广泛的应用。 常用难熔金属中钨的熔点最高(3380℃)，密度最大(19.1g/cm³)，而钼的弹性模量最大，达到343 350MPa。 难熔金属系列——钨合金 4.怎样切削加工钨锭与钨棒？ 纯钨的硬度和强度都很高，钨的铸锭在切削加工时，由于晶粒粗大，易产生掉块而使加工表面粗糙。切削钨锭和钨棒可以使用硬质合金作刀具材料，常用的硬质合金牌号有YG6、YG8、YS2(YG10H)、726等。 用硬质合金切削钨锭或钨棒，可选用45º主偏角，荒车时前角与后角应小些，粗车与半精车时前角、后角适当加大。纯钨性极脆，切削时易崩边或剥落，刀具切入切出时，应减小进给量，以防止刀具破损。钨的切削参数推荐值见表10-2。 CBN刀具也可以加工纯钨。例如，用DLS—F复合片车削φ10 mm钨棒，在 ν C =30m/min、f=0.1mm/r、a p =0.1mm；γ O =-4º、α O =12º、λ O =0º、Κ r =90º、r ε =0.3mm、倒棱为0.25mm×(-8º)的条件下，当后刀面磨损0.2mm时,切削路程为 104 m。而用YG6X刀片，当ν C =9.5m/min、后刀面磨损0.2 mm时，切削路程为57.6m。可见，CBN刀具的切削速度为YG6X硬质合金刀具3倍的条件下，耐用度为其2倍。
钼及钼合金金属坯件通常采用粉末冶金工艺（powder metallurgy, P/M）制备，钼及其合金粉末经压力成形后，必须经过高温烧结，才能具有低杂质、高致密、高强度等金属化特性。钼金属的致密化过程不可逆，因此烧结技术是粉末冶金工艺制备钼及钼合金金 等方面概述了钼及钼合金烧结技术的现状和进展，并指出了其发展趋势。 1. 钼及钼合金烧结机制 纯钼烧结属于单元系固相烧结，而钼合金的烧结与其合金元素有关。大多数微量掺杂的钼合金（Mo–La、Mo–Y、Mo–Ce）、两种甚至三种元素复合掺杂的稀土钼合金、掺杂Ti、Zr、Hf、C元素的TZM、MHC、TZC系合金、掺杂Si、Al、K的AKS合金以及大量掺杂高熔点金属元素（Re、W、Ta、Nb、Ti、Cr、Si等）的合金均属于多元系固相烧结（本文中合金参杂量均为质量分数）。加入钼酸盐类制备的Mo–Na(K）复合材料以及少数含有低熔点金属（与钼熔点相差较大）的钼合金（Mo–Cu、Mo–Ni合金）烧结过程属于多元系液相烧结。 目前，有关钼及钼合金烧结理论的研究皆属于粉末冶金烧结的理论体系，对上述钼及钼合金粉末烧结理论的研究主要集中在烧结过程热力学分析和烧结动力学分析。烧结热力学驱动力主要来自粉末系统自由能的降低，钼粉末会出现自发烧结现象[3]；而烧结致密动力学机制主要有粘性流动、蒸发与凝聚、体积扩散、表面扩散、晶界扩散以及塑性流动等[4-5]。固相烧结是单元系或多元系多孔钼及钼混合粉末素坯在烧结温度和烧结时间作用下的孔隙表面自由能降低、孔隙扩散、粘连、固结、缩小直至消失的过程。谢辉等[6-7]对钼的固相烧结模型进行了计算机模拟研究，并提出了相场模型和烧结密度预测专家系统；Blainel
钼及各种钼制品的用途 钼（mu）钼（Molybdenum）是一种化学元素，它的化学符号是Mo，它的原子序数是42，是一种灰色的过渡金属。钼的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量钼加到钢之中，可使钢变硬。钼是对植物很重要的营养素，也在一些酶之中找得到。钼-99是钼的放射性同位素之一，他在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素，病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中。当钼-99衰变时生成锝-99，在需要时可把锝-99从容器中取出发给病人。 钼的密度10.2克/立方厘米。熔点2610℃。沸点5560℃。化合价+2、+4和+6，稳定价为+6。钼是一种过渡钼精粉元素，极易改变其氧化状态，在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下，钼很可能是处于+6价状态。虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态，但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分，从而确知其为人体及动植物必需的微量元素。 钼是一种金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂。它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。 钼在地球上的蕴藏量较少，其含量仅占地壳重量的0.001%，钼矿总储量约为1500万吨，主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。我国已探明的钼金属储量为172万吨，基础储量为343万吨，仅次于美国而居世界第二位。钼矿集中分布在陕西、河南、吉林和辽宁等四省。世界上金属储量在50万吨以上的特大型钼矿共有六个，我国的河南栾川、吉林大黑山和陕西金堆城三大钼矿榜上有名。 丰富的钼资源，为我国发展钼的冶炼和加工，大力推广钼的应用，提供了极为有利的条件和坚实的基础。 钼与钨一样是一种难熔稀有金属。钼的熔点为2620℃，由于原子间结合力极强，所以在常温和高温下强度都很高。它的膨胀系数小，导电率大，导热性能好。在常温下不与盐酸、氢氟酸及碱溶液反应，仅溶于硝酸、王水或浓硫酸之中，对大多数液态金属、非金属熔渣和熔融玻璃亦相当稳定。因此，钼及其合金在冶金、农业、电气、化工、环保和宇航等重要部门有着广泛的应用和良好的前景，成为国民经济中一种重要的原料和不可替代的战略物质。 二、钼在我国的开采使用状况 近年来，我国钼的开采、冶炼和加工得到了迅速的发展。据资料介绍，2001年我国实际生产钼精矿72000吨，氧化钼33000吨，钼铁7600吨，各类钼酸铵9500吨，钼条1183吨，钼板坯1200吨，钼板材150吨，钼圆片40余吨，钼顶头及其他异型制品约50吨，电光源行业及机械加工钼丝31.5亿米，还有润滑剂、催化剂、颜料等化工产品数百吨。不仅如此，我国在世界钼市场中占有举足轻重的地位，据海关统计，2001年我国出口钼矿焙砂、钼酸盐、钼铁及其他钼制品70274吨之多，创汇达2.62亿美元。 钼的消费形式以工业三氧化钼为主，约占70%，钼铁约占20%，金属钼和钼化学制品各占5%。其应用领域和分配比例大概如下：钢铁冶炼消费约占80%（其中合金钢约为43%，不锈钢约为23%，
钼的化学性质 [我的钢铁] 2009-10-19 16:09:05 试用手机平台 在常温下钼在空气或水中都是稳定的，但当温度达到400℃时开始发生轻微的氧化，当达到600℃后则发生剧烈的氧化而生成MoO3。盐酸、氢氟酸、稀硝酸及碱溶液对钼均不起作用。钼可溶于硝酸、王水或热硫酸溶液中。在很高的温度下钼于氢也不相互反应，但在1500℃与氮发生反应形成钼的氮化物。在1100～1200℃以上与碳、一氧化碳和碳氢化合物反应生成碳化物如MoSi2,此MoSi2即使在1500～1700℃的氧化气氛中仍是相当稳定的，不会被氧化分解。 钼原子有两个不完全的电子层，它在各种钼化合物中可为2、3、4、5或6价，这就是说钼可形成许多种类的化合物。然而钼最主要的化合物为氧化物、钼酸及各种类型的钼酸盐。钼的主要化学性质如下表所示：
钨的性质和主要用途 (一)钨的性质 钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。 钨的比电阻约比铜大3倍。电阻率在20℃为10-8欧姆·米。 钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。 钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。在冷状态下钨不能进行压力加工。锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。 常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。 常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。 (二)钨的主要用途 钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。 掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。 钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作X射线管的灯丝。在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和
国内外高速钢的研究现状和进展 吴红庆;吴晓春 【摘要】概述了高速钢的市场现状,性能要求、分类和国内外高速钢的牌号.通过对近年来国内外高速钢研究现状和发展动态的阐述,着重分析了高速钢材料生产中关 注的焦点共性问题,指出我国在高速钢发展上与国际水平相比的优势与不足,展望了 未来高速钢的发展趋势. 【期刊名称】《模具制造》 【年(卷),期】2017(017)012 【总页数】8页(P93-100) 【关键词】高速钢;研究现状;发展趋势 【作者】吴红庆;吴晓春 【作者单位】上海大学材料科学与工程学院上海200072;上海大学材料科学与工 程学院上海200072 【正文语种】中文 【中图分类】TG249;TB497 我国高速钢技术的研究与应用起步较迟，但近十多年，我国高速钢材料发展迅速，中国现在是世界高速钢和高速钢刀具生产大国，高速钢和高速钢刀具的产量和出口量都是世界第一，我国已经成为世界主要的高速钢工具供应商[1]。数据显示，2014年国内高速钢需求增幅约为6.7%，2014年高速钢材料出口量达到16,875t，创历史新高，2014年高速钢进口量为4,413t，比2013年增加940t，其中，用
高速钢生产的工具产品出口达38.76亿元，较上一年增长12%。近几年国内高速 钢需求维持在3%～5%左右的相对缓慢增长状态，高速钢行业逐步步入成熟期[2]。由此可见，国产高速钢基本满足国内市场需求，高速钢出口增量超过进口增量，中国制造业对现代高速钢的需求依然稳步上升。 在“十一五”和“十二五”期间，国内高速钢在国家的支持下取得了较大的进展，我国高速钢在“十二五”末期时已达到亚洲先进水平。在“十三五”开篇时，工信部会同科技部等有关部门和单位编制的《新材料产业“十三五”发展规划》指出，积极发展节镍型高性能不锈钢、高强汽车板、高标准轴承钢、齿轮钢、工模具钢、高温合金及耐蚀合金材料，形成年产300万吨生产能力。工信部发布的《钢铁工 业调整升级规划（2016-2020年）》指出，支持企业重点推进复杂刀具用易切削 工具钢、高品质冷墩钢、高性能冷轧辊用钢等高品质高速钢材料的研发和产业化。上海大学吴晓春教授主持的“十三五”国家重大专项《高性能工模具钢及应用》将实现国产高性能工模具钢的稳定化量产及应用，提升我国基础材料产业整体竞争力，使我国高端制造业、战略性新兴产业创新型发展。其中课题3《复杂刀具用高性能高速钢的稳定化生产与应用研究》通过解决莱氏体钢共晶碳化物的控制等科学共性关键技术，实现高性能高速钢在复杂刀具上的稳定化生产及应用，以替代进口高速钢和刀具。 高速钢（HSS）是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利，或称白钢[3]。高速 钢材料主要由两种基本成分构成：一种是金属碳化物（如碳化钨、碳化钼或碳化钒），它赋予材料较好的耐磨性及强度；二是分布在碳化物周围的钢基体，它使材料具有较好的韧性和吸收冲击、防止碎裂的能力[4]。高速钢的红硬性高、耐磨性好、工艺性能好、强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可用于制造性能要求高的冷作模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等
稀有金属材料 目录 一、稀有金属简介 (3) 1、定义及用途 (3) 2、国内资源现状 (4) 3、稀有金属钨、钼、铼在国民经济中的重要作用 (5) 3.1 对国防军工领域的作用 (5) 3.2 对电子行业的作用 (5) 3.3 对核工业的作用 (6) 3.4 对医疗行业的作用 (6) 3.5 对加工工业的作用 (6) 3.6 对镀膜行业的作用 (6) 4、稀有金属钨、钼、铼在重点领域及项目中的应用前景 (7) 4.1 半导体照明领域 (7) 4.2 核电领域 (8) 4.3核聚变ITER项目 (9) 二、稀有金属产业现状及产业规划 (10) 1、硬质合金 (10) 1.1 产业现状及产业规划 (10) 1.2国内外研究趋势 (11) 1.3 主要存在的问题 (12) 2、钨钼大型制件 (13) 2.1 产业现状及产业规划 (13) （1）钨钼制件应用于LED衬底用单晶生长 (14) 2.2 国内外研究趋势 (15) 2.3 主要存在的问题 (15) 3、大规格钼电极 (15) 3.1产业现状及产业规划 (15) 3.2、国内外发展趋势 (16)
3.3、主要存在的问题 (16) 4、钨钼大型板材 (16) 4.1产业现状及产业规划 (16) 4.2、国内外发展趋势 (18) 4.3、主要存在的问题 (18) 5、高纯铼及其合金制品 (18) 5.1 产业现状及产业规划 (18) 5.2 国内外研究趋势 (19) 5.3 主要存在的问题 (19) 6、高纯金属靶材 (19) 6.1 产业现状及产业规划 (19) 6.2 国内外研究趋势 (20) 6.3主要存在的问题 (22) 三、主要问题及行业展望 (24) 1、亟待解决的主要问题 (24) 1.1 高纯原料的制备 (24) 1.2 加工技术薄弱，缺少规格特大、形状特异产品生产能力 (24) 1.3基础研究薄弱、高端新品种开发力度不够 (25) 1.4 整体生产加工水平低，技术落后 (25) 2、行业展望 (25) 2.1 符合振兴新兴产业及国家中长期发展规划的要求 (25) 2.2突破壁垒、解决生产中的重大技术问题 (26) 2.3 重视资源二次循环利用，利国利民 (26)