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离心铸造高硼高速钢辊环组织及性能研究

作　者: 蒋一
导　师: 蒋业华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高硼高速钢 离心铸造 冷却速度 复合辊环 力学性能
分类号: TG249.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 74次
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内容摘要


为了减少高速钢中昂贵合金元素的含量,降低轧辊的生产成本,本论文设计了一种新型耐磨轧辊材质高硼高速钢。借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)等分析手段对普通砂型铸造、离心铸造以及不同冷却速度下的离心铸造三种工艺条件下制备的高硼高速钢轧辊组织和性能进行了系统研究。并且分别选取了球墨铸铁和半钢作为高硼高速钢复合辊环的内层材质,确定了离心复合工艺,对复合界面处的组织和性能进行了研究。为高硼高速钢复合轧辊的工业生产提供理论依据和实验基础。实验结果表明：高硼高速钢凝固组织是由树枝状的基体和不同形状的硼碳化物组成,其化学类型为M2(B,C),(W, Mo)2(B,C), M3(B,C), M7(B,C)3和M23(B,C)6,共晶硼碳化物呈筛网和鱼骨状,二次硼碳化物呈条状和块状沿晶界分布。普通砂型铸造高硼高速钢基体组织由珠光体、马氏体和少量残余奥氏体组成；离心铸造空冷工艺条件下,基体由马氏体和残余奥氏体组成,硼碳化物团簇和基体晶粒尺寸减小。两种铸造工艺对硼碳化物的形态和化学类型没有影响。高硼高速钢经热处理后,硼碳化物形态和化学类型没有变化,部分硼碳化物溶解,局部出现缩颈和断网现象；基体转变为综合性能更好的回火索氏体,基体中出现细小的二次析出物；力学性能提高,但离心铸造高硼高速钢的提高更为明显。离心铸造工艺条件下,改变高硼高速钢金属液的冷却速度对硼碳化物的化学类型和形态没有影响。快速冷却下,基体组织全部转变为马氏体,组织得到细化,硼碳化物的体积分数降低；空冷砂型时,元素发生了明显的偏析；而水冷和空冷金属铸型时,合金元素几乎没有偏析。不同工艺条件下的高硼高速钢经热处理后,力学性能提高,但快速冷却下的高硼高速钢组织中硬质相断网现象明显,力学性能提高幅度更大。确定出间隔时间为35s、不同转速的离心复合工艺,完成了高硼高速钢和球墨铸铁或半钢的冶金结合。合金元素在复合界面处发生了扩散,在不同程度上影响了附近的金属组织。由于合金元素的反石墨化作用,靠近结合层的球墨铸铁组织中,产生了大量的共晶碳化物,降低了结合强度。而合金元素扩散对界面处半钢组织的影响不明显,在靠近复合界面处的半钢组织产生了少量的共晶莱氏体,半钢和高硼高速钢结合良好,剪切强度高。因此,选用半钢作为高硼高速钢复合辊环的内层材质,可以获得组织变化小和结合质量好的复合界面,这有助于提高结合层的结合强度。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 轧辊材质的发展  11-14
  1.3 轧辊制造技术的进展  14-20
    1.3.1 锻造成形法  14
    1.3.2 离心铸造成形法  14-15
    1.3.3 连续浇注外层成形(CPC)法  15-16
    1.3.4 电渣重熔(ESR)法  16-17
    1.3.5 液态金属电渣熔接(ESSLM)法  17-18
    1.3.6 喷射成形(Osprey)法  18-19
    1.3.7 热等静压(HIP)法  19
    1.3.8 轧辊成形方法的比较  19-20
  1.4 课题研究内容及技术路线  20-22
    1.4.1 课题研究内容  20-21
    1.4.2 课题研究技术路线  21-22
第二章 试验材料与方法  22-30
  2.1 离心铸造工艺参数  22-26
    2.1.1 离心铸造机及铸型  22-23
    2.1.2 铸型转速  23-24
    2.1.3 铸型涂料  24-25
    2.1.4 铸型准备  25-26
  2.2 试验材料的制备  26-28
    2.2.1 高硼高速钢成分选择及熔炼  26-27
    2.2.2 高硼高速钢复合辊环内层材质的成分选择及制备工艺  27-28
  2.3 热处理工艺确定  28
  2.4 力学性能测试方法及设备  28-29
    2.4.1 冲击韧性试验  28
    2.4.2 硬度  28
    2.4.3 剪切强度  28-29
  2.5 显微组织分析方法  29-30
    2.5.1 金相组织观察  29
    2.5.2 扫描电镜SEM观察  29
    2.5.3 X射线衍射分析  29-30
第三章 高硼高速钢辊环组织及性能分析  30-40
  3.1 普通砂型铸造高硼高速钢铸态组织分析  30-31
  3.2 离心铸造高硼高速钢辊环铸态组织分析  31-32
  3.3 普通砂型铸造和离心铸造方法下铸态高硼高速钢的物相分析  32-34
  3.4 合金元素在高硼高速钢辊环径向上分布  34-36
  3.5 热处理对普通砂型铸造和离心铸造高硼高速钢组织性能的影响  36-38
  3.6 本章小结  38-40
第四章 冷却速度对离心铸造高硼高速钢辊环材质的影响  40-50
  4.1 实验方案  40-41
  4.2 冷却速度离心铸造高硼高速钢辊环铸态组织的影响  41-44
  4.3 冷却速度对硼碳化物体积分数和合金元素分布的影响  44-46
  4.4 冷却速度对铸态下离心铸造高硼高速钢辊环性能的影响  46-47
  4.5 冷却速度对热处理后离心铸造高硼高速钢组织及性能的影响  47-48
  4.6 本章小结  48-50
第五章 高硼高速钢复合辊环的离心工艺及复合界面研究  50-60
  5.1 高硼高速钢复合辊环内层材料的选择  50-51
  5.2 离心复合工艺  51-52
  5.3 复合界面组织分析  52-56
    5.3.1 高硼高速钢/球墨铸铁复合界面组织分析  52-55
    5.3.2 高硼高速钢/半钢复合界面组织分析  55-56
  5.4 复合界面成分分析  56-58
  5.5 复合界面性能分析  58-59
  5.6 本章小结  59-60
第六章 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-68
附录  68-70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 铸造 > 特种铸造 > 离心铸造
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