40Mn2锻球缺陷成因分析及制备工艺优化

摘要

近年来，中碳钢锻球以其成本低廉，制造工艺简单，性能适宜而受到了广大矿山、水泥等需要破碎磨料行业的青睐。40Mn2作为一种有效的锻球材料被锻球生产厂家广泛应用。然而，实际应用过程中却存在着40Mn2材料的性能很难适合现实的工况条件而出现诸如硬度和韧性得不到很好兼顾等问题。某铸锻厂在生产40Mn2锻球过程中锻球不时会出现裂纹和心部孔洞等缺陷。本文针对某铸锻厂生产过程中出现的缺陷锻球开展相关研究与分析，分析缺陷产生原因，优化制备工艺。
　　研究结果表明：40Mn2锻球出现的失效形式是心部孔洞和裂纹；孔洞、裂纹成因是由于锻造坯料存在带状组织，锻球淬火心部存在魏氏组织以及Mn元素偏析导致的马氏体组织。1200℃保温12h可以消除锻造坯料中的带状组织，但能耗和成本不适宜锻铸工厂采用；860℃保温1h+840℃保温1h二次正火复合处理工艺可以显著消除带状组织，消除Mn元素偏析，能耗较低，是一种较适宜的热处理工艺。锻球心部冷速为7.3℃/s。以920℃淬火，心部冷速处于魏氏组织生成冷速区间15.3℃/s~1.5℃/s，心部组织中可见魏氏组织；优化锻球淬火温度至860℃，心部冷速避开魏氏组织生成冷速区间7.0℃/s~3.9℃/s，心部组织中未见魏氏组织。最终优化制备工艺为：锻造坯料二次正火—锻造坯料加热至1100℃—自由锻锻成球状—860℃淬火—250℃×2h回火。对比工艺改进后锻球与原始锻球组织和性能，工艺改进后锻球未见缺陷组织，硬度提高3HRC，淬硬层提高4mm，冲击韧性提高35J/cm2。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磨球材质发展现状与失效分析

1.3 钢中带状组织

1.4 钢中魏氏组织研究

1.5 本课题研究的目的与意义

第二章 试验过程及研究方法

2.1 试验设计思路

2.2 试验仪器设备

2.3 力学性能测试

2.4 显微组织分析

第三章 40Mn2锻球组织与性能分析及缺陷成因探讨

3.1 引言

3.2 40Mn2缺陷锻球组织观察及性能测试

3.3 40Mn2锻球锻造坯料组织观察与性能测试

3.4 40Mn2锻球成品心部组织特征及马氏体组织形成成因分析

3.5 淬火过程中魏氏组织形成工艺分析

3.6 本章小结

第四章 40Mn2锻球制备工艺优化

4.1引言

4.2带状组织消除工艺优化研究

4.3淬火工艺优化研究

4.4工艺优化后锻球组织与性能

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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