耐磨奥-贝球铁组织与性能的研究

摘要

奥-贝球铁具有良好的综合性能，一般通过等温淬火的方式得到，所以也称为等温淬火球铁(国外称为Austempered Ductile Iron，简称ADI)。但是，等温淬火生产工艺存在着能源消耗大、费用高、环境污染等缺点，故本文根据合金元素的作用及热力学计算模拟，基于合金化考虑，设计了合理的化学成分，以期通过离心铸造的手段得到高性能铸态奥-贝球铁。在此基础上，对该奥-贝球铁的热处理工艺及耐磨性进行了研究。
　　本文的主要工作可以概括为以下几个方面:(1)对给定成分的铸态奥-贝球铁的组织和性能进行研究和分析，并考察钒元素对其影响;(2)考察铸态奥-贝球铁静态连续冷却转变行为;(3)模拟不同等温温度、等温时间对其组织和硬度的影响;(4)制定合理的热处理工艺参数，考察不同等温盐浴淬火温度对其组织和性能的影响;(5)考察铸态及热处理状态试样的耐磨损性能，并分析其磨损机理。全文得出的主要结论如下:
　　(1)通过合理的化学成分设计，可以得到铸态奥-贝球铁，组织为针状贝氏体、残余奥氏体、碳化物和石墨，硬度、抗拉强度和抗压强度较好，冲击韧性较差;钒元素能有效细化奥-贝组织，提高力学性能。
　　(2)铸态奥-贝球铁静态连续冷却转变时，在较低冷速(≥0.04℃/s)下仍然得到马氏体组织，马氏体转变开始点在180℃左右，未能测到马氏体转变结束点。
　　(3)利用相变仪模拟热处理工艺实验中，随等温温度升高，奥-贝球铁组织由下贝氏体转变为上贝氏体，马氏体量减少，硬度逐渐降低;随等温转变时间延长，奥氏体转变充分，残余奥氏体含量减少，硬度逐渐降低;但400℃等温时间过长时，硬度有所上升。
　　(4)在280～325℃等温盐浴淬火时，奥-贝球铁组织中贝氏体铁素体片层与奥氏体相间分布，贝氏体形核于奥氏体基体上，不稳定奥氏体于室温下部分转变为马氏体。随等温温度升高，组织粗化，残余奥氏体量增加，硬度和抗拉强度逐渐降低，冲击韧性和抗压强度逐渐增高。
　　(5)在低应力石英砂磨粒磨损实验中，奥-贝球铁的耐磨性优于高硬度45#钢;钒能有效提高球铁耐磨性;随等温温度升高，奥-贝球铁的耐磨性降低。磨损表面上存在犁沟和切削划痕，说明在低应力磨料磨损过程中奥-贝球铁磨损机理为切削磨损和冲击塑性变形磨损。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 耐磨材料的分类

1．1．1 锰钢

1．1．2 铬系白口铸铁

1．1．3 贝氏体钢

1．1．4 奥-贝球铁

1．2 奥-贝球铁概况

1．2．1 奥-贝球铁的诞生

1．2．2 奥-贝球铁的发展

1．2．3 奥-贝球铁的应用

1．3 奥-贝球铁的生产工艺

1．3．1 等温淬火

1．3．2 分级淬火工艺

1．3．3 铸态生产

1．3．4 连续冷却

1．4 研究背景与内容

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

第2章 实验材料与方法

2．1 引言

2．2 化学成分设计

2．2．1 合金元素对奥-贝球铁的影响

2．2．2 热力学软件简介与化学成分优化

2．3 实验材料的制备

2．4 静态连续冷却转变曲线的测定方法

2．5 微观组织分析方法

2．5．1 金相组织观察设备及样品制备方法

2．5．2 透射电镜分析设备及样品制备方法

2．5．3 扫描电镜分析与EBSD分析设备及样品制备方法

2．5．4 X射线衍射分析设备及样品制备方法

2．6 力学性能测试

2．6．1 硬度实验

2．6．2 拉伸实验

2．6．3 压缩实验

2．6．4 冲击实验

2．7 磨损实验

第3章 铸态奥-贝球铁组织与性能的分析

3．1 引言

3．2 铸态奥-贝球铁的微观组织分析

3．2．1 离心力对球化及组织的影响

3．2．2 钒元素对微观组织的影响

3．2．3 扫描电镜成分分析

3．2．4 EBSD分析

3．2．5 电子探针面扫描

3．2．6 TEM分析

3．2．7 X射线衍射分析

3．3 铸态奥-贝球铁力学性能测试

3．4 不含钒奥-贝球铁的静态连续冷却转变规律

3．4．1 相变点的确定

3．4．1 冷却速率对不含钒奥-贝球铁显微组织的影响

3．4．2 不含钒奥-贝球铁的静态CCT曲线

3．5 本章小结

第4章 热处理对奥-贝球铁组织与性能的影响

4．1 引言

4．2 热处理工艺参数的确定

4．2．1 奥氏体化温度及时间的确定

4．2．2 等温淬火温度及时间的确定

4．3 对不含钒奥-贝球铁的热处理研究

4．3．1 利用相变仪优化选择热处理工艺

4．3．2 等温盐浴淬火

4．4 本章小结

第5章 奥-贝球铁的耐磨性研究

5．1 引言

5．2 磨料磨损机理

5．2．1 微观切削磨损机理

5．2．2 多次塑变磨损机理

5．2．3 疲劳磨损机理

5．2．4 微观断裂机理

5．3 磨损实验结果及分析

5．3．1 磨损实验结果

5．3．2 磨损形貌分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢