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热处理工艺对含Ni变质超高碳钢组织和性能的影响

作　者: 胡彬
导　师: 刘华山
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 超高碳钢淬火-回火等温淬火冲击韧性
分类号: TG156
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

超高碳钢(UHCS)由于其高硬度和良好的耐磨性使之作为工模具、耐磨件有广阔的发展前景,但是以往的研究很难实现超高碳钢高硬度和良好冲击韧性的结合。本文在变质超高碳钢的基础上,添加适量的Ni元素,主要研究热处理工艺对超高碳钢组织、硬度、室温冲击韧性和耐磨性的影响。实验结果如下：(1)通过淬火-硬度法测得添加0、0.5和1wt%Ni的超高碳钢的共析转变开始温度分别为790℃、770℃和760℃。添加0.5wt%和1wt%的Ni使超高碳钢共析转变温度分别降低了20℃和30℃。(2)超高碳钢经850℃淬火后在不同温度回火的组织和性能有较大差别：250℃回火得到回火马氏体,硬度很高(55HRC左右),但冲击韧性较低(10J/cm2)；400℃回火得到回火屈氏体,由于回火脆性的出现,冲击韧性比250℃回火得到的组织更低(<10J/cm2),同时硬度下降。而在600℃回火得到的是回火索氏体,冲击韧性较高(>30J/cm2),但硬度很低(30HRC)；(3)超高碳钢经250℃×2h等温淬火热处理后获得了下贝氏体铁素体+残余奥氏体+未溶碳化物的复相组织,在室温下具有高硬度(>50HRC)和良好的冲击韧性(30J/cm2左右)；随着Ni含量的增加,等温淬火态超高碳钢中的残余奥氏体量增多,冲击韧性也随之提高。添加1wt%Ni的超高碳钢经等温淬火热处理后硬度达到53HRC、冲击韧性达到39J/cm2,具有良好的综合力学性能；(4)等温淬火态超高碳钢在不同载荷的摩擦磨损实验中表现出不同的磨损行为。当载荷为100N时,随着Ni含量增加,超高碳钢的耐磨性变差；当载荷为200N时,随Ni含量的增加,耐磨性提高。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-25
  1.1 引言  9
  1.2 超高碳钢的研究进展  9-23
    1.2.1 超高碳钢的合金化  9-14
    1.2.2 超高碳钢的制备工艺  14-18
    1.2.3 超高碳钢的超塑性  18-20
    1.2.4 超高碳钢的微观组织和室温性能  20-23
  1.3 本研究目的和意义  23-24
  1.4 研究内容  24-25
第二章实验内容及实验方法  25-29
  2.1 实验材料的化学成分设计  26
    2.1.1 碳的含量  26
    2.1.2 Ni含量的选定  26
    2.1.3 Cr含量的选定  26
    2.1.4 变质剂的成分  26
  2.2 实验材料的制备  26-27
    2.2.1 熔炼铸造  26-27
    2.2.2 热处理  27
  2.3 微观组织结构、物相分析  27
    2.3.1 光学显微镜观察  27
    2.3.2 扫描电镜观察(SEM)  27
    2.3.3 X射线衍射分析(XRD)  27
  2.4 性能测试  27-29
    2.4.1 硬度测试  27
    2.4.2 冲击韧性  27
    2.4.3 摩擦磨损  27-29
第三章 Ni对超高碳钢相平衡的影响  29-33
  3.1 引言  29
  3.2 不同Ni含量超高碳钢的热力学相图计算  29-30
    3.2.1 相图计算条件  29
    3.2.2 相图计算结果  29-30
  3.3 Ni含量对超高碳钢共析转变温度的影响  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章淬火-回火态变质超高碳钢的组织和性能  33-41
  4.1 引言  33
  4.2 变质超高碳钢铸态组织和力学性能  33-34
    4.2.1 变质超高碳钢铸态组织  33-34
    4.2.2 变质超高碳钢铸态力学性能  34
  4.3 超高碳钢淬火回火工艺  34-35
  4.4 双相区淬火态组织  35-37
  4.5 回火态超高碳钢组织  37-38
  4.6 回火态超高碳钢力学性能  38-39
  4.7 本章小结  39-41
第五章等温淬火态变质超高碳钢的组织和性能  41-52
  5.1 引言  41
  5.2 超高碳钢等温淬火工艺  41-42
  5.3 等温淬火态超高碳钢组织分析  42-45
    5.3.1 等温淬火态超高碳钢微观组织  42-43
    5.3.2 等温淬火态超高碳钢的物相分析  43-45
  5.4 等温淬火态超高碳钢力学性能  45-46
  5.5 等温淬火态超高碳钢摩擦磨损性能  46-50
    5.5.1 100N载荷下超高碳钢的摩擦磨损行为  46-48
    5.5.2 200N载荷下超高碳钢的摩擦磨损行为  48-50
  5.6 本章小结  50-52
第六章结论  52-53
参考文献  53-59
攻读学位期间主要的研究成果  59-60
致谢  60

热处理工艺对含Ni变质超高碳钢组织和性能的影响

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