特种低合金耐磨耐热钢组织和性能的研究

摘要

随着矿山、冶金、化工、电力、建筑及工程机械的发展，尤其是近年来模具行业的急剧增长，人们对材料的抗磨损及耐高温等性能的要求越来越高，并己逐渐认识到发展耐磨耐热钢材料的重要性，各国学者为此展开了广泛地研究。因此，大力发展耐热耐磨钢材料及模具钢材料对加速我国现代化进程及提高我国综合实力具有重大的现实意义。 本文利用正交试验研究了合金元素Cr、V对一种低合金耐磨耐热钢材料的组织和性能的影响，并研究了其它元素(如C等)含量对材料组织和性能的影响。特种耐磨耐热钢采用多功能等离子弧熔炼设备进行熔炼，并采用水玻璃砂造型浇注。研究表明，在本次正交试验中，C含量为1.4％的情况下，含Cr2.45％、V0.6％(试验编号H4)时特种耐磨耐热钢的硬度、抗热疲劳性及500℃下的耐磨性最好，Cr2.45％、V0.4％(H3)时特种耐磨耐热钢的冲击韧度、常温耐磨性及700℃下的耐磨性最好，Cr1.4％、V0.6％(H2)时特种耐磨耐热钢的抗高温氧化性最好；C含量保持1.4％不变，把H3中的Cr、V含量由2.45％和0.4％降低为1％和0.2％(H5)后特种耐磨耐热钢的冲击韧度稍有上升，其余力学性能有所下降。 将H3、H4、H5中的C含量由2.45％降低为1.4％后得到L3、L4、L5，并把L3、L4、L5的各种力学性能与H3、H4、H5进行了相应对比分析；讨论了造型材料对特种耐磨耐热钢力学性能的影响，探讨了特种耐磨耐热钢的铸造工艺性能。结果显示，高碳耐磨耐热钢降低碳含量后，其硬度、耐磨性有一定的下降，而其冲击韧度、抗高温氧化性却有所提高；特种耐磨耐热钢适合水玻璃造型，并有较好的铸造性和加工工艺性。 最后，选择了四组(L4、L5、H3、H4)典型特种耐磨耐热钢材料与几种常规耐磨耐热铸铁材料和铬钼钢材料进行了的各种力学性能比较。结果显示：特种耐磨耐热钢的铸态硬度稍高于所选钢铁材料，但其淬火+回火态的硬度比所选钢铁材料的硬度要出许多；高碳耐磨耐热钢的冲击韧度很低，甚至低于铸铁材料，但其耐磨性非常好，特别是其在高温下的高耐磨性，非常适合于低冲击及高温磨损的工况条件；低碳耐磨耐热钢有较高的冲击韧度，虽然其耐磨性略低于高碳耐磨耐热钢，但也明显优于所选铸铁材料，适用于中等冲击，又要求高温耐磨的条件下。总之，特种耐磨耐热钢材料各温度下的耐磨性普遍高于所选钢铁材料相应温度下的耐磨性，同时具有较好的硬度、冲击韧度、抗高温氧化性及抗热疲劳性，是一种综合性能较高的钢种。 综合分析表明，高碳特种耐磨耐热钢适用于冷作模具钢及其它要求高温耐磨性的使用条件；低碳特种耐磨耐热钢适用于热作模具钢和其它要求较高冲击和耐磨的条件。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1概述

1.2耐热耐磨铸钢的国内外研究动态

1.3耐热钢分析

1.3.1常用耐热钢分类

1.3.2提高铸钢耐热性的途径

1.4耐磨钢分析

1.4.1摩擦与磨损的基本概念

1.4.2材料磨损特征与分类

1.4.3提高耐磨性途径

1.5耐磨耐热钢的主要生产工艺和方法

1.5.1合金化

1.5.2镀层或涂层处理

1.5.3表面渗

1.5.4表面堆焊

1.5.5热喷涂

1.5.6表面复合

1.5.7变质处理

1.5.8特殊熔炼及特殊热处理

1.5.9挤压成形

1.5.10仿生设计

1.6模具钢

1.6.1模具钢概述

1.6.2对模具钢的质量和工艺要求

1.7论文选题的意义、目的和内容

1.7.1选题的意义和目的

1.7.2前人所采用的试验方法

1.7.3选题的内容

第二章试验设计方法

2.1成分设计原则

2.2一些常用合金元素对耐磨耐热钢的影响分析

2.2.1碳的作用

2.2.2铬的作用

2.2.3钼和钒的作用

2.2.4其它元素的作用

2.3合金化元素优选设计

2.4实验方法

2.4.1试验内容、方法及试样设计

2.4.2正交试验设计

2.4.3实验所用原材料

2.4.4实验用设备

2.4.5造型、合金熔炼、试样浇注及热处理工艺

第三章特种耐磨耐热钢组织与性能的分析

3.1特种耐磨耐热钢的化学成分和金相组织

3.1.1特种耐磨耐热钢试样的化学成分

3.1.2特种耐磨耐热钢试样的金相组织

3.2特种耐磨耐热钢的成分和热处理对常温态性能的影响

3.2.1成分及热处理对硬度的影响

3.2.2冲击韧度测量及分析

3.2.3常温耐磨性测量及分析

3.3特种耐磨耐热钢高温态性能分析

3.3.1抗高温氧化性分析

3.3.2抗热疲劳分析

3.3.3耐磨性分析

3.3.4不同热处理条件下耐磨性综合比较

3.4硬度与其它性能之间的关系

3.5低铬钒特种耐磨耐热钢材料的组织与性能

3.5.1低铬钒特种耐磨耐热钢材料的成分与组织

3.5.2低铬钒材料H5高铬钒材料H3性能比较

3.6小结

第四章低碳特种耐磨耐热钢的组织与性能分析

4.1低碳特种耐磨耐热钢的成分与组织

4.1.1低碳特种耐磨耐热钢的成分

4.1.2低碳特种耐磨耐热钢的金相组织

4.2碳含量对常温性能的影响

4.2.1碳含量对硬度影响

4.2.2碳含量对冲击韧度影响

4.2.3碳含量对常温耐磨性影响

4.3碳含量对高温性能的影响

4.3.1碳含量对抗高温氧化性影响

4.3.2碳含量对抗热疲劳的影响

4.3.3碳含量对高温耐磨性影响

4.4低碳高碳耐磨耐热钢性能综合比较

4.5造型材料对耐磨耐热钢工艺性影响

4.5.1造型材料概述

4.5.2耐磨耐热铸钢与造型材料的相互作用

4.5.3耐磨耐热钢的铸造工艺性

4.6小结

第五章特种耐磨耐热钢与常规耐磨耐热钢铁的比较

5.1特种耐磨耐热钢与其它铸铁材料的组织与性能比较

5.1.1铸铁材料的选择

5.1.2特种耐磨耐热钢与铸铁材料的性能比较

5.2特种耐磨耐热钢与低合金铬钼钢组织与性能的比较

5.2.1低合金铬钼钢研究

5.2.2耐磨耐热钢与铬钼钢的性能比较

5.3小结

第六章结论

6.1结论

6.2一点体会

6.3结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文