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改性中锰钢耐磨衬板的制造工艺及材料性能研究

作　者: 郭居魁
导　师: 宋建丽
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 中锰钢改性 ProCAST Jmatpro 温度场缺陷
分类号: TG269
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

针对颚式破碎机衬板初始硬度低，加工硬化速度慢，铸造出品率低，容易出现缩孔疏松缺陷等问题，对中锰钢衬板材料成分进行了改性设计，并进行了铸造工艺模拟和优化。在普通中锰钢基础上添加了稀土及铁神一号进行复合变质处理，设计出了合理的改性中锰钢材料成分（wt%）， C：0.68～0.8；Mn：6.8～7.8；Cr：1.5～1.7；Si：0.5～0.6；Mo：0.35～0.43；Ni：0.1～0.3；RE：0.1；Ti：0.1；W：0.1。利用Jmatpro材料性能模拟软件建立了改性中锰钢材料库，并计算其热物性参数；根据材料性能和衬板的形状尺寸设计了倾斜浇注、铁砂造型的铸造工艺；并利用三维造型软件Unigraphic（UG）对衬板、浇注系统、冷铁与砂型等进行了三维造型。采用ProCAST对改性中锰钢颚式破碎机衬板的铸造工艺进行了模拟仿真，分析研究了铸造过程金属的流动规律及温度场分布，得出了凝固过程金属的温度变化规律。同时，对衬板铸造过程中产生的疏松、缩孔、裹气、夹砂和夹杂等缺陷的形成原因进行了分析，预测了缺陷可能出现的位置，为优化工艺，减少和避免缺陷的发生提供了依据和参考。根据设计的改性中锰钢成分进行了试样的铸造和热处理试验，试验金相组织分析和性能研究表明：采用改性中锰钢铸造的试样，硬度和耐磨性大大提高，综合机械性能可满足衬板的使用要求。根据设计的改性中锰钢成分进行了试样的铸造和热处理试验，试样金相组织分析和性能研究结果表明：经过淬火+两次回火工艺后改性中锰钢的初始硬度能够400HB以上，冲击韧性达到10J/cm2以上，综合机械性能可满足颚式破碎机衬板在非强烈冲击作用下的工况要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 选题意义与背景  11-12
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  12-14
  1.3 主要研究内容及技术路线  14-17
    1.3.1 主要内容研究  14-15
    1.3.2 技术路线  15-17
第二章改性中锰钢衬板的材料成分设计  17-29
  2.1 破碎机衬板的磨损机理及材料性能要求  17-20
    2.1.1 磨损机理  17-20
    2.1.2 破碎机衬板的材料性能要求  20
  2.2 改性中锰钢的成分设计  20-27
    2.2.1 成分设计的依据和目的  20
    2.2.2 主要元素在中锰钢中的作用  20-25
    2.2.3 改性中锰钢材料成分设计  25
    2.2.4 改性中锰钢的组织成分验证  25-27
  2.3 本章小结  27-29
第三章中锰钢衬板的铸造工艺及热处理工艺设计  29-37
  3.1 中锰钢衬板的铸造工艺设计  29-34
    3.1.1 造型材料的选择  29-30
    3.1.2 浇注系统的设计  30-32
    3.1.3 冒口及出气孔的设计  32
    3.1.4 冷铁的设计  32-34
  3.2 中锰钢衬板的热处理工艺设计  34-36
    3.2.1 热处理工艺参数的计算  34-35
    3.2.2 改性中锰钢的回火处理设计  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章改性中锰钢衬板铸造工艺模拟仿真  37-59
  4.1 中锰钢衬板铸造模型的建立  37-41
    4.1.1 材料模型的建立  37-38
    4.1.2 模拟仿真中数学模型的建立  38-39
    4.1.3 几何模型的建立  39-40
    4.1.4 有限元网格模型的建立  40-41
  4.2 改性中锰钢衬板铸造模拟仿真的参数设置  41-46
    4.2.1 模拟仿真初始参数设置  41-45
    4.2.2 模拟仿真运行参数设置  45-46
  4.3 铸造过程中的温度场和流动场模拟分析  46-55
    4.3.1 铸件凝固过程中温度场分析  46-51
    4.3.2 凝固过程中不同点温度变化情况及分析  51-54
    4.3.3 铸件铸造过程中流动场的模拟与分析  54-55
  4.4 铸造过程中缺陷的预测  55-57
    4.4.1 疏松缩孔的预测及分析  55
    4.4.2 冲砂的预测及分析  55-56
    4.4.3 裹气、夹杂的预测及分析  56-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章改性中锰钢衬板材料组织和材料性能研究  59-68
  5.1 改性中锰钢的熔炼及其浇注  59
  5.2 实验设备及试样制备  59-62
    5.2.1 实验目的及内容  59
    5.2.2 试验仪器及设备  59-61
    5.2.3 实验试样制备  61-62
  5.3 力学性能分析  62-64
    5.3.1 硬度测试  62-63
    5.3.2 冲击韧性测试  63
    5.3.3 冲击断面显微分析  63-64
  5.4 金相组织分析  64-66
    5.4.1 改性中锰钢的金相组织  64-65
    5.4.2 改性中锰钢的结晶过程  65-66
    5.4.3 碳化物形成及组织演变  66
  5.5 本章小结  66-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-76
攻读硕士学位期间参加项目及发表相关学术论文  76-77

改性中锰钢耐磨衬板的制造工艺及材料性能研究

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