含碳化物奥铁体球墨铸铁磨球新型热处理工艺及磨球失效机理研究

摘要

含碳化物奥铁体球墨铸铁（Carbidic Austempered Ductile Iron，简称CADI）是近些年由等温淬火球墨铸铁发展而来的新型耐磨材料，在冶金矿山等行业中有很好的应用前景。 本文对CADI 磨球的新型热处理工艺及磨球的失效机理进行了系统研究，主要内容包括： 1) 硝盐淬火介质冷却能力的研究；2) CADI 材质与硝盐淬火介质间表面综合换热系数的测定；3) CADI 磨球新型热处理工艺的试验研究；4) CADI 磨球落球疲劳试验中的应力数值模拟；5) CADI 磨球的失效机理研究等。 研究表明：1) 在试验范围内(0~2%)随熔盐中含水量的增加，相同温度下盐浴冷却能力不断增强；在试验范围内(250℃~350℃)随盐浴淬火温度的提高，相同温度下盐浴冷却能力有降低的趋势；2) 淬火介质的冷却特性曲线不代表热探头表面的淬火信息，淬火介质的冷却特性曲线有其特定的用途；3) 在一维传热模型条件下，采用ANSYS 软件求得了CADI热探头与淬火盐之间的表面综合换热系数，并验证了结果的可靠性；4) 采用ANSYS 软件模拟了CADI 磨球淬火过程温度场，得出了磨球内外温度均匀所需时间；5) 在试验范围内(4min~150min)随着盐浴淬火时间的延长，CADI 磨球淬透性增强；磨球的硬度和冲击韧性均随盐浴淬火时间的延长而提高，6) 在新型热处理工艺中，盐浴淬火480s时，φ 100mmCADI 磨球的体积硬度为HRC54.1，冲击韧性8.5J/cm2，排除试验误差的影响，可以认定新型热处理工艺已基本达到等温淬火工艺的水平；7) 在试验范围内(1%~3%)随着熔盐中加水量的增加，磨球不同深度层硬度有上升的趋势，而磨球的冲击韧性有所降低；8)CADI 磨球在单次落球试验冲击过程中，碰撞接触界面剪应力峰值出现在皮下略偏离接触界面中心位置，等效应力峰值出现在接触界面表层中心位置；残余等效应力峰值和残余剪应力峰值均出现在撞击部位周围挤压区。9) CADI 磨球亚表层二次夹渣及一次夹渣的存在是导致其在球磨机中失圆失效的主要内因。 根据本文研究结果，采用“盐浴淬火+电阻炉保温”的新型热处理工艺来代替传统等温淬火工艺是切实可行的，该工艺在保证磨球热处理质量的同时极大提高了劳动生产率。 CADI 磨球在落球冲击过程中残余应力的累积、应力诱发马氏体相变和加工硬化等因素综合引起的材料疲劳损伤导致了磨球的表层剥落失效；磨球材质及其冶金质量也对磨球的剥落失效有重要影响；磨球亚表层夹渣物的存在是引发其剥落失效和失圆失效的主要内因。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 试验方案

第三章 硝盐淬火介质冷却能力研究

第四章 表面综合换热系数的测定

第五章 CADI 磨球新型热处理工艺试验研究

第六章 CADI 磨球失效机理研究

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢