泵车弯管内衬材料强化工艺及其磨粒磨损性能研究

摘要

目前，混凝土泵车被大量使用在工程建设中。一些安装在泵车输送通道初始部位的低碳钢弯管内壁受浆料和沙石的磨蚀最为严重容易发生爆裂和磨穿现象。本论文主要研究混凝土泵车低碳钢弯管的两种内衬强化工艺。将高铬铸铁作为低碳钢管的内衬材料，研究合理的热处理工艺，使高铬铸铁具有优良的耐磨性。或将碳化钨涂层作为低碳钢管的内衬材料，即在低碳钢弯管内壁喷涂碳化钨涂层，提高弯管内壁表层的抗磨粒磨损性能。本文通过分析比较高铬铸铁和碳化钨涂层两体和三体磨粒磨损机理，比较这两种内衬强化工艺的实用性。得出以下结论:
　　1.随着淬火温度升高，高铬铸铁的硬度先增大后减小，冲击韧性先减小后增大。低温淬火时，碳化物数量多且尺寸较大，淬火温度过高，碳化物溶解过多，残余奥氏体的含量增多。在回火温度小于400℃时，高铬铸铁的组织基本没变化，回火温度高于400℃时，马氏体开始大量分解，碳化物开始粗化。
　　2.经过四因素三水平的正交热处理试验，高铬铸铁综合性能最佳的热处理工艺为920℃淬火保温105min再随炉冷却到860℃后水冷+200℃回火保温2h，冲击韧性为3.74J/cm2，三体磨粒磨损量为0.21g。
　　3.在以较低硬度的SiO2为磨料的三体磨粒磨损中，将高铬铸铁和碳化钨涂层作为内衬材料能够显著改善低碳钢弯管的耐磨性能。铸态高铬铸铁相对低碳钢的耐磨性为2.48，经最佳热处理后高铬铸相对低碳钢的耐磨性为11.32。热处理工艺能显著改善高铬铸铁的耐磨性，基体对碳化物的支撑能力以及碳化物的体积分数是影响高铬铸铁耐磨性的重要因素。碳化钨涂层相对低碳钢的耐磨性为14.75，经最佳热处理后的高铬铸铁其耐磨性能与碳化钨涂层差异较小。
　　4.在以硬度较高的SiC为磨料的两体磨粒磨损中，将高铬铸铁和碳化钨涂层作为内衬材料能较好的改善低碳钢弯管的耐磨性能。铸态高铬铸铁相对低碳钢的耐磨性为2.54，经最佳的热处理工艺后高铬铸铁相对低碳钢的耐磨性为5.27，由于碳化物不能有效的抵抗磨粒磨损，热处理工艺对高铬铸铁耐磨性的提升并不明显。碳化钨涂层相对低碳钢的耐磨性为6.18，经最佳热处理后的高铬铸铁其耐磨性能与碳化钨涂层差异较小。
　　5.经最佳热处理后高铬铸铁的耐磨性能基本接近碳化钨涂层。由于碳化钨涂层价格昂贵，涂层与基体属于机械结合，结合强度仅为81.5MPa，在冲击力作用下，碳化钨涂层易从基体表层脱落。喷涂内孔工艺复杂，容易导致涂层厚度不均匀，沉积率不高等问题。因此，选择高铬铸铁做内衬材料是当前泵车弯管内衬强化较合理和经济的选择方式。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 高铬铸铁

1．3 高铬铸铁的热处理工艺

1．3．1 淬火温度

1．3．2 加热速度

1．3．3 淬火保温时间

1．3．4 淬火冷却介质

1．3．5 回火温度

1．4 碳化钨涂层

1．4．1 碳化钨性质

1．2．2 碳化钨喷涂技术的优点

1．2．3 碳化钨涂层技术的缺点

1．5 材料的磨损

1．5．1 磨损的定义与分类

1．5．2 磨损量大小的评定方法

1．5．3 磨粒磨损

1．6 高铬铸铁组织对磨粒磨损的影响

1．7 碳化钨涂层抗磨粒磨损

1．8 论文选题的意义和主要研究内容

第2章 试验方法

2．1 实验材料

2．1．1 高铬铸铁材料

2．1．2 碳化钨涂层制备

2．2 实验流程

2．3 实验设备

2．3．1 热处理实验

2．3．2 磨粒磨损实验

2．3．3 涂层相结构检测

2．3．4 涂层结合强度测试

2．3．5 洛氏硬度测量实验

2．3．6 摆锤式冲击实验

2．3．7 金相组织观察

2．3．8 显微维氏硬度的测量实验

2．3．9 碳化物体积分数的测量实验

2．3．10 扫描电镜分析

第3章 高铬铸铁的热处理强化研究

3．1 引言

3．2 淬火工艺对高铬铸铁的影响

3．2．1 淬火温度对高铬铸铁显微组织的影响

3．2．2 淬火温度对高铬铸铁硬度的影响

3．2．3 淬火温度对冲击韧性的影响

3．3 回火工艺对高铬铸铁的影响

3．3．1 回火温度对高铬铸铁显微组织的影响

3．3．2 回火温度对高铬铸铁硬度的影响

3．3．3 回火温度对高铬铸铁冲击韧性的影响

3．4 正交实验

3．4．1 正交实验设计

3．4．2 正交实验结果

3．4．3 正交实验结果分析

3．5 本章小结

第4章 碳化钨涂层组织性能研究

4．1 引言

4．2 碳化钨涂层的相结构

4．3 碳化钨涂层显微组织结构

4．4 碳化钨涂层的显微硬度

4．5 碳化钨涂层与基体的结合强度

4．6 本章小结

第5章 高铬铸铁与碳化钨涂层耐磨性能比较研究

5．1 引言

5．2 磨粒磨损的特点

5．3 高铬铸铁与碳化钨涂层三体磨粒磨损机制比较分析

5．3．1 三体磨粒磨损特征

5．3．2 MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损机制分析

5．3．3 三体磨粒磨损形貌分析

5．3．4 基体组织及粘结相在三体磨粒磨损系统中的磨损机制

5．3．5 碳化物在三体磨粒磨损系统中的磨损机制

5．4 高铬铸铁与碳化钨涂层两体磨粒磨损机制分析

5．4．1 两体磨粒磨损特征

5．4．2 MLH-30型轮式磨损消耗试验机磨粒磨损机制比较分析

5．4．3 两体磨粒磨损形貌分析

5．4．4 碳化物在两体磨粒磨损系统中的磨损机制

5．4．5 基体及粘结相在两体磨粒磨损系统中的磨损机制

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文