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《郑州大学》 2007年
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含钨高铬铸铁组织及性能研究

于广文  
【摘要】: 本文通过金相观察、X射线衍射分析、能谱分析、洛氏硬度实验、冲击韧度实验、耐磨性实验、磨损试样的磨损面观察、冲击断口观察,研究了钨和热处理对高铬铸铁的组织、力学性能、耐磨性能的影响;确定了含钨高铬铸铁的合理钨含量及热处理工艺;通过与含钼高铬铸铁的淬透性比较,研究了钨、钼对高铬铸铁淬透性的影响。同时,研究了适合Cr26含钨高铬铸铁的RE-Nb复合变质剂。 实验结果分析表明,铸态下含钨高铬铸铁的组织由奥氏体、马氏体和碳化物组成,铬的碳化物主要形式有M_7C_3、M_(23)C_6,钨在基体和碳化物中基本均匀分布,钨的碳化物主要以WC_(1-x)、W_6C_(2.54)、CW_3为主。钨同时提高基体和碳化物的硬度,从而提高宏观硬度,随着钨含量的升高,含钨高铬铸铁的磨损失重减少,冲击韧度先提高,当钨含量为3%时,冲击韧度开始下降。钨含量为1.03%时,高铬铸铁的硬度为58.75HRC,比不含钨的提高3HRC,冲击韧度为11.18J/cm~2,提高1.75 J/cm~2,磨损失重为3.8mg,减少54.8%。 热处理后,含钨高铬铸铁的组织由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成,铬的碳化物类型没有变化,钨的碳化物以WC_(1-x)、W_6C_(2.54)、CW_3、W_2C为主,热处理对钨在高铬铸铁基体和碳化物史的分布几乎没有影响。随着淬火温度的提高,洛氏硬度提高,耐磨性提高。随着回火温度的提高,冲击韧度下降,硬度先升高,550℃回火时开始下降。含钨高铬铸铁的合理热处理工艺为1050℃淬火250~C回火,此热处理工艺条件下,含钨1.03%的硬度为61.8HRC,冲击韧度为7.9J/cm~2,磨损失重为2.7mg,减少66.7%。 通过钨、钼对高铬铸铁淬透性影响的比较,试样尺寸为60×120×120mm时,950℃淬火时含钼高铬铸铁的心部硬度在60~62HRC,已经能够淬透。1050℃淬火时不含钨、钼试样的心部硬度60~61HRC,能够淬透。1100℃淬火时,含钨3.341%高铬铸铁硬度在61~62HRC。所以钼能够强烈提高高铬铸铁的淬透性,由于钨溶入基体后,能够提高碳和合金元素在淬火时的扩散激活能,淬火后基体仍存在相对较多的碳和合金元素,马氏体开始转变温度Ms依旧很低,从而奥氏体很难转化为马氏体。 通过对含钨高铬铸铁RE-Nb复合变质剂的研究发现,稀土和铌都能够细化奥氏体和碳化物,稀土和铌复合变质的合适配方为0.4%稀土硅铁+1.2%铌铁(稀土硅铁中稀土含量为RE25%,铌铁中铌的含量为Nb65%)。该配方下含钨1.5%时,高铬铸铁铸态时的硬度为58.3HRC,比不加变质剂的提高3.3HRC;冲击韧度为9.42J/cm~2,提高4.12 J/cm~2,1050℃淬火250℃回火后,硬度为63.45HRC,冲击韧度为7.21 J/cm~2。
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