化学成分及热处理对新型槽帮材料性能影响的研究

摘要

刮板输送机作为煤矿井下运输的主要设备，其可靠性决定了煤炭生产的效率。槽帮作为其重要部件，运行过程中易发生失效，所以对槽帮材料性能的优化工作一直是煤炭行业密切关注的问题。针对槽帮材料的强塑性搭配不佳，耐磨性差等不足，本文在ZG20CrSiMn槽帮钢的基础上，通过调整成分：降低碳含量，添加适当的微合金元素制备了三种槽帮材料：20CrSiMnMo，20CrSiMnMoB，20CrSiMnTiMoNb。对这三种材料进行了一系列的亚温淬火处理及高温回火处理，得到性能更加优化的槽帮材料。
　　论文对热处理后的3种槽帮材料进行了组织结构、力学性能和耐磨性能的一系列试验，主要得到如下结果：
　　（1）20CrSiMnTiMoNb的强韧性都有较大提高。其中，当热处理工艺为1200℃正火+840℃淬火+550℃回火时，材料的性能达到屈服强度832Mpa，抗拉强度973MPa，伸长率23%，断面收缩率50%，硬度268.5HB，冲击功162J，相比20CrSiMnMo，其屈服强度提高了145MPa，抗拉强度提高了82MPa，伸长率提高了5.5%，硬度提高了52.5HB，冲击功提高61J，可见添加适量微合金元素铌和钛对提高本实验钢的性能有益。
　　（2）20CrSiMnMoB的强韧性受到一定程度影响，但是优化效果不如20CrSiMnTiMoNb。对比20CrSiMnMo，其屈服强度大约降低了102MPa，伸长率提高了1.5%，硬度大约提高了7HB，冲击功大约降低了8J。
　　（3）随着亚温淬火工艺的温度的提高，三种材料组织中的铁素体含量逐渐降低，当其热处理工艺为1200℃正火+880℃淬火+550℃回火时，其组织主要为回火索氏体。
　　（4）随着亚温淬火工艺中淬火温度的升高，20CrSiMnTiMoNb的磨损体积和比磨损率呈现先降低后升高的趋势；随着亚温淬火工艺中淬火温度的升高，20CrSiMnMo的磨损体积和比磨损率变化不大；随着亚温淬火工艺中淬火温度的升高，20CrSiMnMoB的磨损体积和比磨损率降低。
　　该实验是在ZG20CrSiMn钢基础成分上添加适量的微合金元素，同时引入亚温淬火加高温回火的热处理工艺，研究化学成分及淬火温度对其组织结构、力学性能和耐磨性能的影响。最终选取热处理工艺为1200℃正火+840℃淬火+550℃回火的20CrSiMnTiMoNb作为槽帮材料。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 槽帮

1. 2 微合金化钢

1. 3 亚温淬火

1. 4 本课题的研究内容和思路

第二章 实验材料及方法

2. 1 实验材料

2. 2 Y型试样的制备及炉料的熔炼和浇铸

2. 3 钢的临界点模拟计算

2. 4 热处理工艺的制定

2. 5 金相组织及成分分析

2. 6 力学性能的测量

2. 7 摩擦磨损试验

第三章 合金微观组织及力学性能分析

3. 1 试验钢的凝固组织分析

3. 2 正火对试验钢显微组织的影响

3. 3 亚温淬火工艺对试验钢显微组织的影响

3. 4 亚温淬火工艺对试验钢力学性能的影响

3. 5 三种材料的力学性能比较

3. 6 本章小结

第四章 槽帮钢的摩擦磨损试验

4. 1 引言

4. 2 材料的摩擦磨损

4.3 20CrSiMnTiMoNb的摩擦学性能分析

4.4 20CrSiMnMo的摩擦学性能分析

4.5 20CrSiMnMoB的摩擦学性能分析

4. 6 三种材料耐磨性的比较

4. 7 本章小结

第五章 结论与展望

5. 1 实验结论

5. 2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文