高铬铸铁的热处理工艺及其冲击磨料磨损研究

摘要

磨损会导致材料表面损耗，是造成零件失效的主要原因，因此磨损消耗问题引起人们的广泛重视，磨料磨损的研究对国民经济发展具有十分重要的意义。高铬铸铁作为一种优秀的耐磨材料，在工业领域有着广泛的应用。对高铬铸铁进行热处理可以使其获得硬度和韧性的良好配合，是人们长期以来研究的一个重要课题。另外，高铬铸铁的实际工况条件也存在很大差异，研究高铬铸铁在不同工况下的磨损机制，对于充分发挥高铬铸铁的耐磨性有着至关重要的作用。
　　本文对两种不同成分高铬铸铁的热处理工艺进行了研究，分析了淬火温度、淬火介质及回火温度对高铬铸铁组织性能的影响，优化了高铬铸铁的热处理工艺参数，并对优化热处理后的高铬铸铁进行冲击磨料磨损试验，研究了不同工况条件对高铬铸铁耐磨性的影响，分析探讨了在不同工况下高铬铸铁的磨料磨损机制。论文的主要结论如下:
　　(1)淬火温度较低时，碳化物数量多且尺寸较大，成网状分布;淬火温度较高时，淬火后残余奥氏体的量增加，且碳化物开始粗化;回火温度较低时(≤400℃)，可减少和消除淬火应力，组织基本无变化;回火温度在450℃～500℃时，部分马氏体开始分解，也有一部分残余奥氏体开始发生二次淬火，析出碳化物;回火温度较高时(≥500℃)，马氏体和残余奥氏体均大量分解，碳化物聚集粗化。
　　(2)本实验中1＃样品铸态洛氏硬度为49.4HRC，冲击韧性为6.95J/cm2;2＃样品铸态洛氏硬度为51.8HRC，冲击韧性为6.74J/cm2。1＃样品最佳热处理工艺为970℃风冷+水雾淬火+460℃回火，2＃样品最佳热处理工艺为990℃风冷+水雾淬火+460℃回火。在该工艺条件下，高铬铸铁的组织为二次淬火马氏体+回火马氏体+残余奥氏体+共晶碳化物+二次碳化物，1＃样品的硬度为62HRC、冲击韧性为6.29J/cm2;2＃样品的硬度为65.2HRC、冲击韧性为5.94J/cm2。
　　(3)对两组高铬铸铁试样在1J、2J、3J冲击功作用下进行冲击磨料磨损试验并测量磨损失重，研究了在不同载荷条件下高铬铸铁的抗磨性能，发现随着载荷的增大，高铬铸铁的磨损失重增加。当载荷较小时，磨损失重较小，耐磨性好;随着载荷的增加，磨损失重不断增加;当载荷超过一定值后，硬而脆的高铬铸铁易发生脆裂而导致磨损失效。随着时间的延长，高铬铸铁的磨损失重逐渐增加。
　　(4)在冲击功较小时，高铬铸铁的磨料磨损机制主要以切削磨损机制为主，塑变磨损和裂纹扩展机制为辅;随着冲击功的增大，高铬铸铁的冲击磨料磨损中切削磨损机制的作用明显加强，同时凿削磨损机制和裂纹扩展机制也开始发挥重要作用，此外还存在疲劳脱落机制;在冲击功较大时，高铬铸铁的磨损机制以凿削磨损机制、裂纹扩展机制和切削磨损机制为主、塑变磨损和疲劳剥落机制为辅。

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 高铬耐磨铸铁

1．2．1 高铬铸铁概述

1．2．2 高铬铸铁的显微组织

1．2．3 合金元素在高铬铸铁中的作用

1．3 改善高铬铸铁组织及性能的主要途径

1．4 高铬铸铁的热处理

1．4．1 淬火温度

1．4．2 升温速度

1．4．3 保温时间

1．4．4 淬火介质

1．4．5 回火温度

1．5 材料的磨损

1．5．1 材料的磨损失效

1．5．2 磨损的定义和分类

1．5．3 磨料磨损

1．5．4 工况参数对材料磨料磨损性能的影响

1．5．5 高铬铸铁的组织对磨损的影响

1．6 论文选题的意义和研究内容

第2章 实验过程及方法

2．1 试验材料

2．2 试验流程

2．3 试验方案及设备

2．3．1 热处理

2．3．2 磨料磨损

2．4 试验结果检测分析

2．4．1 洛氏硬度试验

2．4．2 摆锤式冲击试验

2．4．3 金相组织观察

2．4．4 磨损失重检测

2．4．5 扫描电镜分析

第3章 高铬铸铁的热处理工艺研究

3．1 引言

3．2 高铬铸铁的铸态组织

3．3 热处理对高铬铸铁显微组织的影响

3．3．1 淬火温度对高铬铸铁显微组织的影响

3．3．2 淬火介质对高铬铸铁显微组织的影响

3．3．3 回火温度对高铬铸铁显微组织的影响

3．4 热处理对高铬铸铁硬度的影响

3．4．1 淬火温度和淬火介质对高铬铸铁硬度的影响

3．4．2 回火温度对高铬铸铁硬度的影响

3．5 热处理对高铬铸铁冲击韧性的影响

3．5．1 淬火温度及淬火方式对高铬铸铁冲击韧性的影响

3．5．2 回火温度对高铬铸铁冲击韧性的影响

3．6 本章小结

第4章 高铬铸铁的耐磨性及磨损机制研究

4．1 引言

4．2 高铬铸铁的耐磨性

4．2．1 冲击磨料磨损的特点

4．2．2 高铬铸铁组织的抗磨料磨损性能

4．2．3 磨料的选择

4．2．4 载荷对高铬铸铁抗磨料磨损性能的影响

4．2．5 磨损失重随磨损时间的变化规律

4．2．6 碳及合金元素含量对高铬铸铁抗磨料磨损性能的影响

4．3 高铬铸铁磨损面形貌分析

4．4 高铬铸铁磨损机理分析

4．4．1 低冲击功时的磨损机制

4．4．2 中等冲击功时的磨损机制

4．4．3 高冲击功时的磨损机制

4．5 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