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《东华大学》 2009年
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低合金耐磨铸钢热处理工艺的研究

陈丙星  
【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A_(C3)+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,δ_b=1650Mpa、δ_s=1450Mpa、α_(ku)=83J/cm~2、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A_(C3)+25℃~A_(C3)+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,A_(C3)+130℃时冲击韧性急剧上升。在A_(C3)+75℃正火时具其综合力学性能达到最佳的配合,δ_b=1230Mpa、δ_S=950Mpa、α_(ku)=45JJ/cm~2、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A_(C3)+75℃保温30min,M_s+50℃下等温淬火,具有了优异的强韧性配合,δ_b=1030Mpa,HRC=46.8,α_(ku)=25/cm~2,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。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG113

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