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低合金耐磨铸钢热处理工艺的研究

作　者: 陈丙星
导　师: 季诚昌
学　校: 东华大学
专　业: 物质智能系统工程
关键词: 低合金耐磨铸钢 合金元素 热处理工艺 显微组织
分类号: TG113
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


在磨料磨损的工况条件下工作的低合金耐磨钢,不仅要求材质具有较高的硬度和韧性,还要有较好的耐磨性,才能满足其使用性能的要求。本文根据斗齿的工况条件及对其失效情况的分析,设计了5组低合金耐磨钢的成分,它们的C,Mn,Si的含量基本相同,改变了Cr元素的含量,通过金属材料相图计算与材料性能模拟软件JmatPro4.1模拟测定了相变温度点、端淬曲线、CCT曲线和TTT曲线,据此设计3种热处理工艺,分别是水淬、正火和等温淬火,通过金相组织观察分析了本试验材料铸态下和热处理后的显微组织,并研究了Cr元素、热处理工艺对试验钢金相组织的影响。本试验材料进行洛氏硬度测试,并测试了热处理后试验材料的拉伸强度、屈服强度、冲击韧性和延伸率,研究了Cr元素和热处理工艺对试验钢力学性能的影响。试验结果表明,本低合金耐磨铸钢在铸态,随着Cr含量的增加,硬度上升而冲击韧性下降。该钢水淬时,显微组织为板条马氏体和残余奥氏体,随Cr含量的增加,板条马氏体板条束变短并且变粗,板条间的残余奥氏体薄膜加厚,残余奥氏体量增多并有转变成块状和三角状的趋势;空冷时,显微组织为沿晶析出的网状铁素体、贝氏体和残余奥氏体,随Cr含量的增加,网状铁素体逐渐萎缩变得细小,最后聚集成不规则的块状;等温淬火时,显微组织为高硅先共析铁素体和贝氏体,随Cr含量的增加,这种网状铁素体将产生颈缩不断断裂,并最终消失;同时使贝氏体条束变短变厚,条间的残余奥氏体加厚。本钢水淬时,含Cr元素的试验钢DH4、DH5、DH6在拉伸强度、硬度和冲击韧度上都高于不含Cr元素的试验钢DH2、DH3;正火和等温淬火时,含Cr元素的DH4、DH5和DH6硬度上高于,冲击韧性低于不含Cr元素的DH2和DH3。DH5试验钢经AC3+100℃加热水淬,随回火温度的升高,冲击韧度随回火温度升高而增加,在300℃出现峰值,500℃冲击韧度值最低（出现回火脆性）,超过500℃又开始回升,其在300℃回火时能使其保持较高的强度和硬度的同时,具有较高的冲击韧性,δb=1650Mpa、δs=1450Mpa、αku=83J/cm2、HRC=48.2,具备了在高冲击载荷下抗耐磨性的力学性能。DH6试验钢在AC3+25℃AC3+130℃温度范围内温度范围内正火,随淬火温度的提高硬度先上升后下降,冲击韧性也先上升后下降,AC3+130℃时冲击韧性急剧上升。在AC3+75℃正火时具其综合力学性能达到最佳的配合,δb=1230Mpa、δS=950Mpa、αku=45JJ/cm2、HRC=43,具备了在中等冲击载荷下抗耐磨性的力学性能。DH6试验钢在AC3+75℃保温30min,Ms+50℃下等温淬火,具有了优异的强韧性配合,δb=1030Mpa,HRC=46.8,αku=25/cm2,具备了在低冲击载荷下抗耐磨性的力学性能。本文的创新点是通过成分优化,以廉价的硅、锰为主要合金元素,加入不超过2.5%的Cr,研制了一种低成本新型的耐磨铸钢。该材料通过水淬、正火、等温淬火三种不同的热处理工艺,分别得到了具备了抗高、中、低冲击载荷耐磨性的力学性能,具有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-26
  1.1 耐磨材料概述  11-12
  1.2 国内外金属耐磨材料研究和应用状况  12-21
    1.2.1 耐磨铸铁  12-17
    1.2.2 耐磨铸钢  17-19
    1.2.3 耐磨低合金钢  19-21
  1.3 抗磨材料实际工业应用中存在的问题  21-24
    1.3.1 实际工况对抗磨材料组织和力学性能的要求  21-23
    1.3.2 主要抗磨材料实际应用时存在的不足  23
    1.3.3 研究低合金耐磨铸钢的必要性  23-24
  1.4 低合金耐磨铸钢研究和生产的不足之处  24
    1.4.1 钢种研制上的不足  24
    1.4.2 实际生产中工艺控制困难  24
  1.5 本课题的目的和意义  24-25
  1.6 本课题的研究内容  25-26
第二章 试验方案、设备与条件  26-39
  2.1 试样制备  26-36
    2.1.1 斗齿的磨损形式及主要失效形式  26-28
    2.1.2 磨料磨损工况条件下对斗齿的材质要求  28-30
    2.1.3 本实验材料的组织和性能的设计  30-31
    2.1.4 实验材料成分设计  31-35
    2.1.5 熔炼与浇注  35-36
  2.2 实验方法  36-39
    2.2.1 金相组织观察  36
    2.2.2 相变温度模拟测试  36
    2.2.3 强度与延伸率测定  36-37
    2.2.4 冲击韧度测定  37-38
    2.2.5 硬度测定  38-39
第三章 热处理工艺  39-48
  3.1 奥氏体化温度的测定  39
  3.2 热加工工艺的制定  39-43
    3.2.1 淬火工艺的制定  39-41
    3.2.2 淬火介质的选择  41
    3.2.4 回火工艺的制定  41-43
  3.3 热处理方案  43-48
    3.3.1 水淬方案  43-44
    3.3.2 空冷方案  44
    3.3.3 等温淬火方案  44-48
第四章 水淬对低合金耐磨铸钢组织和性能的影响分析  48-58
  4.1 铬元素对试验钢组织和力学性能的影响  49-52
  4.2 奥氏体化温度对试验钢组织利力学性能的影响  52-54
  4.3 回火温度对试验钢组织和力学性能的影响  54-55
  4.4 小结  55-58
第五章 空冷对低合金耐磨铸钢组织和性能的影响分析  58-65
  5.1 铬元素对试验钢组织和力学性能的影响  58-61
  5.2 正火温度对试验钢组织和力学性能的影响  61-63
  5.3 小结  63-65
第六章 等温淬火对低合金耐磨铸钢组织和性能的影响分析  65-69
  6.1 力学性能分析  65-66
  6.2 金相组织分析  66-68
  6.3 小结  68-69
第七章 结论与展望  69-71
  7.1 结论  69-70
  7.2 展望  70-71
参考文献  71-75
硕士研究生在学期间发表学术论文目录  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属学（物理冶金） > 金相学（金属的组织与性能）
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