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水平连铸结晶器铜合金内套组织与性能研究

作　者: 洪昌
导　师: 谢春生
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: 结晶器 CuCo2Be合金组织失效时效涂层
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水平连铸是现代各大钢(管)厂生产各类型钢的主要方法,结晶器铜合金内套是水平连铸设备中最为关键的易耗部件。在使用过程中由于铜套表面直接与1475～1570℃的高温钢液接触,内表面工作条件极其恶劣,易产生多种形式的失效,失效的主要形式是产生热裂纹、磨损、剥落、划伤和腐蚀等。铜套的质量高低直接影响炼钢的效率、效益及劳动强度。自上世纪八十年代水平连铸技术快速发展以来,国内外一些钢铁企业及研究单位,为了提高结晶器铜合金内套的使用寿命,主要从提高铜合金内套的材料质量及其表面强化、表面改性二个方面进行了大量研究工作。本文结合国内某大型钢厂生产中存在的问题,在对结晶器铜合金内套的失效形式、机制进行较全面分析研究的基础上,对材料CuCo2Be内套合金进行热处理工艺优化试验及对铜合金内套进行表面改性—电弧喷涂强化工艺试验。研究结果表明:(1)造成铜套失效的主要原因为内部出现划痕、掉块及热裂纹。划痕及掉块的形成与材料的材质有关,前者主要由有刮损机制形成,后者主要由刮损机制和黏着机制共同作用形成;热裂纹的形成与晶界存在低熔点化合物有关,在热应力作用下主要形成横向热裂纹。铜套过快失效的主要原因不仅与合金中含杂质多有关,还与铸造、锻造造成的组织缺陷,导致高温性能下降有关。(2)新制备的CuCo2Be合金经960℃×1.5h固溶+30%冷变形+480℃×4h时效可获得较佳的综合性能。此工艺条件下合金的室温布氏硬度为HB256,导电率e达到48.75%IACS,σ_s和δ分别为800MPa、17%,σ_b达到859MPa,软化温度为540℃,拉伸断口由大量的韧窝和少量细小化合物组成,属于韧性断裂;(3)在喷涂空气压力不变的情况下,喷涂电压35V,喷涂电流140A,喷涂距离150mm,涂层结合强度达到34.1MPa,热震41次后涂层没有出现裂纹或剥落,微观组织呈层状结构特征,涂层的显微硬度390.65HV,具有较好的结合强度和耐热性能。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-15
第1章绪论  15-25
  1.1 选题的理论意义和实用价值  15-16
  1.2 本课题国内、国外研究现状与发展趋势  16-23
    1.2.1 国内、国外结晶器铜合金的研究现状  16-18
    1.2.2 结晶器铜材的发展趋势  18
    1.2.3 铜合金表面改性技术的研究现状  18-23
    1.2.4 铜合金涂层的发展趋势  23
  1.3 本课题研究内容与研究方法  23-25
    1.3.1 研究的主要内容  23
    1.3.2 研究方法  23-25
第2章材料制备与试验方法  25-30
  2.1 试验材料的制备  25-26
  2.2 试验方法与仪器设备  26-27
    2.2.1 试验仪器  26-27
    2.2.2 试验标准  27
  2.3 试验主要内容  27-29
    2.3.1 失效分析  27
    2.3.2 固溶处理  27
    2.3.3 时效处理及组织观察  27
    2.3.4 电弧喷涂  27-28
    2.3.5 热震处理  28
    2.3.6 涂层抗拉结合强度  28-29
  2.4 材料的组织与性能的研究  29-30
    2.4.1 显微组织结构分析  29-30
第3章结晶器铜合金内套失效机理分析  30-48
  3.1 引言  30
  3.2 失效铜套宏观分析  30-33
    3.2.1 使用情况说明  30
    3.2.2 内部尺寸检测分析  30-31
    3.2.3 宏观记录及照片分析  31-33
  3.3 失效铜套性能分析  33-35
    3.3.1 硬度和导电率  33-34
    3.3.2 拉伸力学性能（纵向取样）  34-35
  3.4 失效铜套微观组织及成分分析  35-40
    3.4.1 金相微观组织分析  35-37
    3.4.2 SEM 微观组织分析  37-39
    3.4.3 断口微观组织分析  39-40
    3.4.4 化学成分分析  40
  3.5 失效铜套失效机制分析  40-46
    3.5.1 1 号、3 号和4 号铜套的失效机制分析  40-43
    3.5.2 2 号铜套失效机制分析  43-45
    3.5.3 5 号铜套失效机制分析  45-46
  3.6 本章小结  46-48
第4章热处理工艺对CuCo2Be 合金组织与性能的影响  48-65
  4.1 引言  48
  4.2 合金的铸态组织与性能  48-49
  4.3 合金的锻态组织与性能  49-50
  4.4 合金固溶组织与性能  50-52
  4.5 合金时效组织与性能  52-59
    4.5.1 时效温度对组织与性能的影响  52-56
    4.5.2 时效时间对组织与性能的影响  56-59
  4.6 冷变形对合金组织与性能的影响  59-61
  4.7 合金化合物分析  61-62
    4.7.1 能谱分析  61
    4.7.2 时效析出相分析  61-62
  4.8 合金的性能和断口形貌分析  62-64
    4.8.1 合金的室温性能  62
    4.8.2 合金的高温性能  62-63
    4.8.3 断面形貌分析  63-64
  4.9 本章小结  64-65
第5章 CuCo2Be 合金表面喷涂强化工艺研究  65-75
  5.1 引言  65
  5.2 电弧喷涂的理论基础  65-67
    5.2.1 电弧喷涂工作原理  65-66
    5.2.2 喷涂表面粗化原理  66
    5.2.3 热喷涂涂层形成机理  66
    5.2.4 喷涂涂层的结合强度  66-67
    5.2.5 喷涂涂层的抗热震性能  67
  5.3 实验结果及分析  67-74
    5.3.1 涂层结合强度分析  67-70
    5.3.2 SEM 微组织分析  70-71
    5.3.3 涂层显微硬度分析  71-72
    5.3.4 涂层热震性能分析  72-73
    5.3.5 相结构分析  73-74
  5.4 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间发表的学位论文  82-83
致谢  83-84
大摘要  84-88

水平连铸结晶器铜合金内套组织与性能研究

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