热处理工艺对高硫钢中硫化物及摩擦学性能影响的研究

摘要

传统理论认为硫是钢铁中的有害元素，它的存在容易引起缺陷，从而导致钢铁的力学、焊接、腐蚀等性能下降，而最近的研究对硫在钢中的作用有了新的认识，硫可以提高钢材的切削性能，硫元素还可以与其他元素结合成硫化物，提高钢的摩擦学性能。而磨损一直是材料和能源消耗的主要原因之一，因此开展对高硫钢的研究以及开拓高硫钢的应用很有必要。
　　 热处理前高硫钢基体组织主要由片层状珠光体和多沿晶界分布的铁素体组成，硫化物主要以团絮状，类球状，长条状，纺锤状这四种形态弥散地分布在基体中，热处理前高硫钢中的硫化物的分布不均匀，且整体承载能力及耐磨性较差，不适合高速重载的使用场合。
　　 分别在在800℃、820℃、840℃、860℃、880℃、920℃对高硫钢进行淬火，之后均在200℃进行回火。高硫钢在880℃以上淬火出现了裂纹、过热等缺陷。淬火后高硫钢的基体组织主要是马氏体和残余奥氏体。回火后高硫钢的基体组织为回火马氏体和残余奥氏体。回火后高硫钢基体硬度相对淬火后降低，但仍远高于热处理前基体的硬度。用Image Pro Plus软件对热处理前后高硫钢中硫化物统计分析，淬火后硫化物平均尺寸增大，数目降低，而回火后硫化物平均尺寸又减小，数目增加。在860℃淬火再200℃回火的热处理工艺下的硫化物尺寸最小，分布最为弥散均匀。
　　 结合Fe-Cr-C，FeS-MnS、Fe-C，Fe-S相图分析了高硫钢的凝固过程，并对高硫钢的金相特征以及元素分布特点金相解释；对比热处理前后硫化物中元素及其形态变化规律，主要是C元素的扩散造成硫化物形态在热处理过程中发生变化。
　　 热处理后的高硫钢试样摩擦系数与磨损失重均小于热处理前，其中860℃淬火再200℃回火工艺下试件的摩擦系数和磨损失重最小，而且该条件下摩擦系数方差最小。热处理后的高硫钢的磨损失重与摩擦系数的方差呈正相关，而与基体的硬度变化规律不完全一致。高硫钢的摩擦磨损过程十分复杂，主要表现为磨粒磨损、轻微粘着磨损、氧化腐蚀磨损以及疲劳磨损。
　　 对热处理前后的试样做了拉伸试验和冲击试验，860℃淬火再200℃回火后高硫钢的抗拉强度从热处理前的525 Mpa下降到505 Mpa，冲击功从2.9 J下降到2.6 J，热处理前后力学性能变化不大。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 高硫钢的研究背景

1.3 含硫自润滑材料的研究现状

1.4 金属热处理

1.5 钢铁中的硫化物

1.5.1 硫化物在钢铁中的形态

1.5.2 合金元素与硫化物形态的关系

1.6 摩擦学基本概念

1.6.1 耐磨与润滑的关系

1.6.2 摩擦及磨损机理

1.7 本文的研究内容、意义以及技术路线

第2章 试验材料和测试方法

2.1 试验材料与制各

2.1.1 高硫钢制备方法

2.1.2 高硫钢热处理工艺参数制定

2.2 组织测试分析方法

2.2.1 金相试样制备与显示

2.2.2 扫描电镜、能谱仪、电子探针分析

2.2.3 XRD分析

2.2.4 图像分析软件仪Image Pro Plus

2.3 性能试验

2.3.1 硬度测试方法

2.3.2 摩擦磨损试验

2.3.3 力学性能测试

第3章 高硫钢组织形态研究

3.1 热处理前高硫钢的组织形态

3.1.1 高硫钢中硫化物形态及基体组织

3.1.2 高硫钢成分分析

3.2 淬火工艺对高硫钢组织的影响

3.2.1 淬火后高硫钢的组织

3.2.2 高硫钢淬火后成分分析

3.3 回火工艺对高硫钢组织的影响

3.3.1 回火后高硫钢组织

3.3.2 高硫钢回火后成分分析

3.4 热处理前后高硫钢中硫化物统计分析

3.4.1 高硫钢中硫化物统计分析

3.4.2 热处理前后硬度变化

3.5 分析讨论

3.5.1 高硫钢的凝固过程

3.5.2 热处理对高硫钢的影响

3.6 本章小结

第4章 高硫钢的摩擦学性能与磨损机理研究

4.1 热处理前后高硫钢摩擦学性能分析

4.1.1 热处理前后高硫钢的摩擦系数

4.1.2 热处理前后高硫钢的磨损失重以及磨损率

4.2 热处理前后高硫钢摩擦表面分析

4.2.1 热处理前后摩擦副的磨损形貌

4.2.2 热处理前后摩擦副表面磨损表面成分分析

4.3 高硫钢自润滑机理探讨

4.4 本章小结

第5章 高硫钢的力学性能

5.1 高硫钢的拉伸曲线与冲击功

5.2 热处理对高硫钢拉伸性能的影响

5.3 热处理对高硫钢冲击性能的影响

5.4 分析讨论

5.5 本章小结

结论

参考文献