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高硼耐磨合金钢铸态组织与力学性能的研究

作　者: 严军
导　师: 周荣
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高硼耐磨合金钢成分铸态组织力学性能变质处理
分类号: TG142.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

高硼铁基合金是近年来耐磨材料研究的一个新领域,但是目前向其中同时加入一定量的钨、钼、钒、铬等优质合金元素的研究还比较欠缺。对此,本论文在普通高速钢的基础上,创新性地用廉价而丰富的硼元素部分取代其中的铬、钨、钼、钒等合金元素,不但可以保证普通高速钢材料对硬度和耐磨性能的生产要求,同时还可以明显降低高速钢材料中钨、钼、钒等合金元素的含量,减少材料的生产成本,从而获得一种比一般高硼铁基耐磨材料性能更好,比普通高速钢材料性价比更高的高硼耐磨合金钢材料。本论文主要在以下方面进行了研究。论文首先设计了0.45%C、5.0%Cr、0.5～3.0%B;1.5%B、5.0%Cr、0.25～0.90%C;0.45%C、1.5%B、1～7%Cr三个系列的高硼耐磨合金钢的试验成分。对其熔炼工艺、凝固过程和不同成分系列的铸态组织及力学性能、变质处理对其组织与性能的优化进行了比较系统全面的试验研究。利用光学金相显微镜、扫描电镜、x射线衍射仪、能谱仪、Image-J图像处理软件及洛氏硬度计、冲击试验机等设备,研究分析了高硼耐磨合金钢材料的组织结构、物相组成与分布,以及合金元素对铸态组织和力学性能的影响。得到结论如下：①硼、碳含量较低时,高硼耐磨合金钢铸态下由珠光体、马氏体和部分残留奥氏体基体+共晶组织组成,其中共晶组织包括鱼骨状、筛网状和板块状的不同形态；②随着硼、碳、铬含量的变化,高硼耐磨合金钢在铸态下具有不同含碳量的基体构成+不同数量与形态的共晶组织。硼、碳含量较高时,在奥氏体晶粒周围,会出现比较明显的菊花状包晶组织；③随着硼、碳含量增加,合金硬质相体积分数均呈指数关系或直线趋势增加；增加铬含量,合金中硬质相体积分数会明显降低；④随着硼含量增加,合金硬度在HRC51～58范围内增加,而冲击韧性在4.9-2.3J/cm2范围内降低；碳含量增加,硬度增加明显,而冲击韧性明显降低；铬含量增加,合金硬度和冲击韧性均有一定的提高。相对于硼和铬,碳含量对高硼耐磨合金钢铸态硬度与冲击韧性的影响更大。用不同含量的RE-Mg和RE-Mg-Ti合金对高硼耐磨合金钢进行了复合变质处理,发现变质后,高硼耐磨合金钢的组织结构和物相组成均没有发生变化,但是其奥氏体晶粒,特别是共晶组织的形态发生了较明显变化,而随着变质剂RE-Mg和Ti加入量的增加,高硼耐磨合金钢组织中奥氏体晶粒的细化趋势及硼碳化合物的细化、断网现昆明理工大学硕士论文象都更为明显,甚至还出现了小颗粒状的硼碳化合物。变质后试样的力学性能主要表现为：①稀土镁和稀土镁-钛变质,均可一定程度的改善高硼耐磨合金钢材料的力学性能,特别是冲击韧性最多提高了50%以上,变化较为明显；②变质处理可明显减少高硼合金钢组织中硬质相的体积分数；③随着变质剂加入量的增加,高硼合金钢的硬度、冲击韧性都呈一定的增加趋势。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-20
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 钢铁耐磨材料的研究现状与分析  11-14
    1.2.1 耐磨钢  12-13
    1.2.2 耐磨合金铸铁  13-14
  1.3 含硼铁基耐磨材料的研究现状与发展趋势  14-16
  1.4 课题的研究意义和内容  16-20
    1.4.1 课题的研究意义  16-17
    1.4.2 课题的研究内容  17-18
    1.4.3 课题的研究技术路线  18-20
第二章试验研究方案和试验设备  20-28
  2.1 试验成分设计  20-25
    2.1.1 Fe-B和Fe-B-C相图的分析  20-22
    2.1.2 硼在铁和钢中的存在形式及作用  22
    2.1.3 高硼耐磨合金钢的成分设计  22-25
  2.2 合金的熔炼工艺  25-26
  2.3 试验内容与方法  26-28
    2.3.1 合金的组织观察与物相分析  26
    2.3.2 力学性能检测  26-28
第三章高硼耐磨合金钢凝固过程与铸态组织性能  28-50
  3.1 高硼耐磨合金钢的凝固过程分析  28-30
    3.1.1 合金的实际化学成分  28-29
    3.1.2 典型高硼耐磨合金钢的凝固过程分析  29-30
  3.2 高硼耐磨合金钢的铸态组织  30-36
    3.2.1 硼含量对高硼耐磨合金钢铸态组织的影响  30-33
    3.2.2 碳含量对高硼耐磨合金钢铸态组织的影响  33-34
    3.2.3 铬含量对高硼耐磨合金钢铸态组织的影响  34-36
  3.3 典型高硼耐磨合金钢铸态物相及成分分析  36-43
    3.3.1 高硼耐磨合金钢铸态物相组成与分析  36-40
    3.3.2 高硼耐磨合金钢铸态组织中元素的分布  40-41
    3.3.3 高硼耐磨合金钢硬质相形态分析  41-43
  3.4 合金元素对高硼耐磨合金钢硬质相体积分数的影响  43-45
    3.4.1 硼含量对硬质相体积分数的影响  43-44
    3.4.2 碳含量对硬质相体积分数的影响  44-45
    3.4.3 铬含量对硬质相体积分数的影响  45
  3.5 高硼耐磨合金钢铸态性能与分析  45-48
  3.6 本章小结  48-50
第四章变质处理对合金组织与性能的优化  50-60
  4.1 变质剂的选择  50-51
  4.2 变质后高硼耐磨合金钢的铸态组织与分析  51-56
    4.2.1 变质处理对高硼耐磨合金钢铸态组织的影响  51-54
    4.2.2 变质处理对高硼耐磨合金钢物相的影响  54-55
    4.2.3 变质机理分析  55-56
  4.3 变质处理对高硼耐磨合金钢力学性能的影响  56-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章结论与展望  60-64
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-64
参考文献  64-70
致谢  70-72
附录攻读硕士学位期间发表的论文  72-74

高硼耐磨合金钢铸态组织与力学性能的研究

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