摘要
本文研究了真空热压固结气体雾化预合金粉末制备超高碳（2.6wt.%C）超高铬（26wt.%Cr）工模具钢的工艺以及预合金粉末和块体钢的微观组织和力学性能。 用化学分析方法测定了粉末的成分。对粉末进行了差热分析，结果显示粉末熔化的起始、峰值和终止温度分别为1246.7?C、1269.1?C和1275.0?C。凝固的起始、峰值和终止温度分别为1260.2?C、1254.1?C、1248.1?C和1233.3℃。用粒度分析仪测定了粉末尺寸，结果指出粉末尺寸分布范围为5-400μm，其中尺寸在45-300μm的约占85%。对粉末进行了X射线衍射分析，确定了其基体组织为马氏体和残余奥氏体，碳化物为Cr7C3。对四种尺寸粉末中的碳化物进行SEM观察，结果显示58-75?m、106-120?m、160-180?m和270-300?m粉末中碳化物尺寸分别为205nm、223nm、272nm和319nm。对上述四种尺寸的粉末进行维氏显微硬度测试，结果分别为HV601、HV593、HV581和HV568。 真空热压烧结在四个温度下进行，具体工艺参数为：温度1100℃，压力40MPa，保温时间为2、3和6h；温度1150℃，压力40MPa，保温时间为2、3和6h；温度1190℃、压力10MPa，保温时间为2.5h；温度1240℃，压力10MPa，保温时间为15s。以上工艺参数热压的块体钢密度为7.44-7.47g?cm-3。通过X射线分析，块体钢的基体组织为马氏体和少量残余奥氏体，碳化物主要有Cr7C3和NbC。1100℃（保温时间为2h）、1150℃（保温时间为2h）、1190℃和1240℃热压态块体钢碳化物的平均尺寸分别为2.0μm、2.3μm、3.0μm和3.4μm。以上块体钢经1150℃淬火、500℃回火后，碳化物平均尺寸分别为2.2μm、2.6μm、3.2μm和3.6μm。当回火温度为550℃时,碳化物平均尺寸分别为2.3μm、2.7μm、3.3μm和3.6μm。对于1100℃和1150℃热压，当块体钢达到致密时，提高热压保温时间对回火态钢的硬度影响不大，1100℃（6h）、1150℃（6h）、1190℃和1240℃热压态块体钢经1150℃淬火和500℃回火后，硬度分别为HRC61.9?0.5、HRC60.9?0.4、HRC59.0?0.2和HRC58.7?0.2。当回火温度为550℃时，硬度分别为HRC58.4?0.6、HRC57.8?0.6、HRC57.7?0.3和HRC57.6?0.5。此结果表明，相同淬火和回火条件下，热压温度较低时，回火态钢硬度反而较高。这是由于碳化物数量较多且尺寸较小，对马氏体起到的强化效应更高。1100℃和1150℃热压钢在保温时间为6h时，冶金结合最为充分，回火态钢三点弯曲强度最高，1100℃（6h）、1150℃（6h）、1190℃和1240℃热压态块体钢经1150℃淬火和500℃回火后，三点弯曲强度分别为：2551?231MPa、2385?121MPa、2248?80MPa和2167?323MPa。当回火温度为550℃时，三点弯曲强度分别为：2694?65MPa、2634?108MPa、2544?319MPa和2408?309MPa。此结果表明，相同淬火和回火条件下，三点弯曲强度随热压温度增加而减小。原因是经淬火和回火后，低温热压块体钢中碳化物尺寸较小，碳化物尺寸对三点弯曲强度的增加效应超过了硬度对三点弯曲强度的降低效应。
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