冶金高速钢具有高的硬度、耐磨性和高的红硬性,成为在工模具方面首选材料之一。但是因其碳化物不均匀、合金元素含量高、价格昂贵等问题,限制了大量使用。表面高速钢的问世,很好的解决了这些问题,并成为研究的热点。本研究是在表面高速钢的基础上,加入具有我国资源优势的稀土钇,发挥钇提高硬度、减小摩擦系数的作用,进一步提高材料耐磨性能。　　本文利用辉光等离子渗金属技术,首先在Q235钢表面进行钨钼钇共渗及渗碳,使表面达到冶金高速钢的成分;然后经淬火及回火处理,使表面达到冶金高速钢性能;最后对表面稀土高速钢实施了耐磨及红硬性等性能考核。本文重点进行了:钨钼钇共渗层的组织、结构、成分,渗碳层的表面含碳量、碳化物性质、分布、大小、形态、硬度,淬火温度对于表面硬度、红硬性等影响的研究;利用 Fick第二扩散定律和Arrhenius公式,定量计算了钇对渗层中钨钼原子扩散的影响;钇对表面稀土高速钢耐磨性的影响;钨钼钇共渗离子氮化层的物相、硬度、耐磨性等的研究。试验结果如下:　　(1)本试验最佳辉光等离子钨钼钇共渗工艺为:极间距25mm、气压30Pa、保温时间3h、保温温度1000℃,渗层厚度为37μm。钨钼在渗层中呈梯度分布,钇分布不均匀,在晶界处偏聚。渗层物相主要为:Fe(W、Mo、Y)、Fe3Mo、Fe17Y2、W、Y等。渗层表面的[W]当量为15.16wt％,满足冶金高速钢的[W]当量要求。　　(2)利用Fick第二扩散定律进行计算,钇使渗层中的钼原子扩散系数在离表面12~15μm、24~25μm、35~36μm范围处的扩散系数,平均提高了1.72、1.85、2.10倍,整个渗层平均增大1.89倍。钨原子的扩散系数在相应范围处降低了0.92、0.99、0.76倍,平均降低了0.89倍。通过Arrhenius公式计算,钼原子在渗层中距表面12~15μm、24~25μm、35~36μm处的扩散激活能分别降低了5737.72J/mol、6511.72J/mol、7853.38J/mol,钨原子扩散激活能提高了998.50J/mol、106.37J/mol、2904.56J/mo,钇原子对钼原子具有催渗作用,对钨原子没有明显催渗作用。　　(3)钨钼钇共渗及渗碳淬火后,渗层中碳化物呈颗粒状弥散、均匀分布,碳化物颗粒直径小于1μm,渗层物相为:Fe2C、W2C、Fe2MoC、MoC、Fe3C、Mo2C、Y2C3;碳化物类型为:M3C、M2C和MC型。对比钨钼共渗及渗碳淬火的试样,前者碳化物较多,说明钇原子有促进碳化物生成作用。　　(4)随着渗碳淬火温度升高,钨钼钇共渗和钨钼共渗试样的渗层硬度增加,1020℃时,硬度分别达到最大值:1052 HV0.05、950 HV0.05,且前者比后者拥有更高的红硬性,600℃时,前者和后者的红硬性分别达到750HV0.05、650HV0.05。　　(5)磨粒磨损试验结果显示:钨钼钇共渗及强化处理(渗碳+淬火+回火,下同)试样、钨钼共渗及强化处理试样和T10淬火及回火试样耐磨性依次降低。钨钼钇共渗强化处理试样和 T10钢淬火及回火试样的摩擦系数较钨钼共渗处理强化试样稳定。1020℃钨钼钇共渗及强化处理试样平均失重率为0.0014g/min,相对耐磨性分别是T10钢淬火及回火试样和钨钼共渗强化处理试样的12.28倍和3.45倍。　　(6)滑动磨损试验结果表明:钨钼钇共渗及强化处理试样、钨钼共渗及强化处理试样、6-5-4-2高速钢淬火及回火试样、T10钢淬火及回火试样的摩擦系数,分别为:0.3012、0.4693、0.3141、0.5653,相对滑动磨损耐磨性分别为:2.03倍、0.82倍、3.32倍。　　(7)钨钼钇共渗处理试样离子氮化后渗层物相为:Fe4N、MoN、Mo2N、W2N、WN、Fe3Mo、Fe17Y2等。氮化层硬度分布平缓,从表面的1000HV0.1缓慢降到距表面45μm处的810 HV0.1;钨钼钇共渗后氮化处理,耐磨性比Q235钢试样、钨钼共渗后氮化处理试样分别提高2.00倍和1.27倍。