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钨和钼在中强高速钢轧辊中的作用

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  钨和钼是普通高速钢中的主要合金元素,钨和钼的化学性质相近,它们对高速钢组织转变和性能的影响几乎相同,唯一的差别是钼引起组织转变时的温度较低。采用高速钢制造轧辊的主要原因是利用高速钢优异的红硬性来改善轧辊的高温耐磨性。高速钢优异的红硬性首先归功于M2C和MC很强的抗聚集能力。在普碳钢和低合金钢的淬火组织中也能得到大量的残余奥氏体,高温时这些残余奥氏体分解很少能增加硬度,这些钢中的奥氏体通常在较低的温度下分解,而析出的Fe3C型碳化物在稍高一些温度下就迅速聚集,碳化物的聚集是发生软化的直接原因。而在高速钢中,碳化物析出成非常细小的微粒和残余奥氏体的分解二者联合引起了二次硬化,碳化物一直保留其细微的尺寸,因而使高速钢具有好的红硬性。在高速钢中,对这一现象的形成影响最大的元素是钨和钼,高速钢中的钨、钼原子尺寸比其他任何元素都大得多,扩散速度慢,而为了使碳化物的聚集不断进行,不但需要铬和钒的扩散,也同时需要钨(钼)和碳的扩散。因此,为了确保高速钢轧辊具有好的红硬性和高温耐磨性,轧辊组织中加入适量的钨、钼是合理的。   从高速钢的发展历史来看,钨也一直作为提高高速钢抗回火稳定性和红硬性的首选元素。钨在高速钢中主要以M6C形式存在,对提高高速钢耐磨性有较大作用。高温淬火时,部分M6C溶入奥氏体,提高高速钢淬透性。钨溶入基体可以有力地阻碍回火时的析出,钨原子半径大、弹性模量高,它和位错产生交互作用,偏聚在位错线上,锁住位错使其难以运动,形成大的固溶强化。钨原子和碳原子的结合力大,提高了马氏体高温分解的稳定性,在高温下仍保持马氏体晶格特性,维持高的硬度。淬火加热过程中未溶解的M6C能阻止高温下奥氏体晶粒长大。高温回火时,一部分钨以W2C的形式弥散析出,造成二次硬化,并改善高速钢红硬性。正是上述这些特性,使含钨高速钢在加热及保温过程中,随钨含量的增加,弥散强化、固溶强化都得到提高,从而决定了钨具有强的提高高速钢热稳定性的能力。钨对高速钢组织和主要性能的影响,同它的含量并不成比例变化。高速钢中含有7%一8%W即可得到满意的二次硬度和热稳定性,但是这时的碳化物相含M23C6太多,而M6C太少,因此,淬火温度不能太高,否则会产生非常粗大的晶粒,且强度和韧性明显下降。继续增加钨含量,产生的M6C增多,使钢的过热稳定性显著改善,但钨含量过高,使轧辊组织中莱氏体量增多,碳化物颗粒大且分布不均,对轧辊的热疲劳性能产生不利影响。   铂的作用和钨类似,Fe-Mo-C相图和Fe-W-C相图的铁角非常相似。钼也形成M6C碳化物,同含钨高速钢中的M6C相比,其晶格相同,晶格参数几乎一样,只是密度较低。由于钼的相对原子质量比钨的小(大约是一半),一般来说,用1%Mo可以置换2%W,把(W十2Mo)%称为钨当量。通常,高速钢的钨当量为16%--20%。从节省资源的角度来看,希望钨当量尽可能低。内田等人认为,钨当量愈高,耐磨性愈好。另外,钨当量愈低,韧性愈高,因此,应将高速钢轧辊的钨当量控制在15%以下。(http://www.zqroll.com/)

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