等温淬火工艺对adi耐磨铸球组织的影响毕业论文(编辑修改稿)

等温淬火工艺对adi耐磨铸球组织的影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

件 的形状和整体的化学成分 ，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变 工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 使金属工件具有所需要的 力学 性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。 钢铁 是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程， 有时只有加热和冷却两个过程。 这些过程互相衔接，不可间断。 在 ADI 的生产过程中，热处理工艺对最终产品的组织及性能有极其重要的影响，是最关键的生产工艺。 在热处理时应该严格控制奥氏体化温度、等温淬火温度和保温时间，这是控制产品最终性能的重要工艺参数。 等温淬火过程为 把 铸 件加热使其奥氏体化并均匀化后，使之快冷到贝氏体转变温度区间（ 260～ 400℃ ），放入温度稍高 于 Ms 点的硝盐浴或碱浴中，等温保持一定时间（一般在浴槽中保温时间为 30~60min），使奥氏体转变为 贝氏体 ，然后取出置于空气中冷却的淬火工艺。 东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 7 图 C曲线 奥氏体化是指将材料加热到的奥氏体化区域（如图 所示），并在该区域内保温直至组织完全奥氏体化。 奥氏体化温度的提高会引起奥氏 体中 碳 的溶解度增加，减慢贝氏体转变速度，阻碍贝氏体的形成，残余奥氏体将增多；同时，奥氏体化温度提高会使奥氏体晶粒粗大，导致等温转变形成的贝氏体粗大。 因此，在保证完全奥氏体化的同时应适当降低奥氏体化温度。 东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 8 图 FeC相图 通过 等温淬火 可以达到以下 目的 ： （ 1） 获得 针状铁素体 以增强钢材的强度、硬度、韧性、耐磨性 和塑性。 （ 2） 等温淬火变形量少，硬度较高并兼有良好的韧性。 （ 3） 等温淬火后一般情况下无需再进行回火。 ADI 的等温淬火过程主要包括两个阶段， 在第一阶段，随奥氏体的分解，碳原子在铁素体形核长大处富集，使周围奥氏体富碳。 当碳原子富集到一定程度，便产生化学稳定性，富碳奥氏体不再分解，第一阶段反应即告结束，此时得到理想的 ADI 组织 “针状铁素体 +残余奥氏体 +石墨”。 此后，等温淬火时间进一步延长，残余奥氏体的稳定性受到破坏，开始分解为铁素体和碳化物，即进入贝氏体转变的第二阶段 ，由于在此阶段出现了碳化物，因而 使 ADI 综合性能降低。 要使 ADI 具有最佳的综合性能，必须保证第一阶段转变完全结束，避免第二阶段转变发生。 因此，最佳的等温淬火时间即是第一阶段转变完全结束而第二阶段尚未开始的时间。 典型 ADI 等温淬火工艺过程如附图 所示 ： （ 1）首先将球墨铸铁升温至奥氏体化温度进行奥氏体化 (840— 980℃ )，保温 1～2h(ABC)。 东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 9 （ 2）然后将其迅速淬入奥氏体等温转变温度 250～ 400%的盐浴中 (CD)，以避免产生珠光体转变。 这一阶段主要考虑等温淬火槽的冷却能力和铸铁成分。 （ 3）将其在这一温度下保温适当的时间 (DG)，随后出炉空冷至室温 (GH)。 在 ADI等温淬火过程中，奥氏体等温反应可分为两个阶段奥氏体分解为针状铁素体和残余奥氏体；第二阶段即残余奥氏体继续分解为铁素体和碳化物。 图 ADI等温淬火工艺过程示意图 等温淬火后 ADI 的力学性能 经等温淬火处理，球墨铸铁的金相组织基体由晶粒粗大的牛眼铁素体和片状珠光体转变成了致密的针状铁素体和高碳、热力学和力学上稳定的奥氏体混合组织 ， 力学性能随之大大提高，强度、硬席数倍增加 ， 延伸率降低，这与其微观组织密切相关。 但切削加工性能随之变差 ， 切削 力急剧增加，加工困难，刀具磨损严重，切屑呈崩碎屑，四处飞溅，加工时需采取防护措施。 球墨铸铁等温淬火后，推荐采用陶瓷或 PCBN 等高硬度刀具进行切削。 奥氏体化是等温淬火过程的第一步 ，对 ADI 的性能影响很多。 首先，随着奥氏体化东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 10 温度的升高，抗拉强度逐渐增大， 900℃附近时达最大值 (900MPa)，继续升高奥氏体化温度，抗拉强度逐渐减小。 其次，随着奥氏体化温度的升高，冲击韧度逐渐增加， 900℃时达最大，继续升高奥氏体化温度又有降低的趋势。 然后，随奥氏体化温度的升高，硬度逐渐增大；超过 900℃后，硬度又略微下降。 最后 ，随奥氏体化温度的升高，伸长率增大，超过 870℃后伸长率逐渐减小。 等温温度对 ADI 的硬度也有影响，随着等温温度的升高，基体的形态由针状逐渐转变成羽毛状，残余奥氏体量增加，同时晶粒 变大。 因此，随着等温温度的升高硬度而降低。 当温度超过 360℃后， 富碳奥氏体分解出碳化物．因而硬度又 升高。 并且等温温度对冲击韧性也有影响，当等温温度升高时，“ C”曲线左移，组织转变速度和碳的扩散速度加快，有利于富碳奥氏体的形成，残余奥氏体的含量增大。 但富碳奥氏体中多余的碳易在奥氏体及铁素体周围聚集形成碳化物，造成材料塑性韧性的降低。 因此，等温淬火度不易过低和过高。 等温淬火淬火时间也是影响 ADI 性能的非常关键的因素之一， 等温时间过短，奥氏体的含碳量不足，等温淬火后空冷会转变成马氏体。 随着 等温时间的增加，奥氏体的含碳量增加，等温淬火后残余奥氏体量增大， 从而韧性增加。 等温时间过长富碳奥氏体发生分解，转变成铁素体 +碳化物，韧性降低 [2025]。 两步法等温淬火艺 先采用 240℃作为低温形核温度，高温盐浴保温温度分别取 260℃、 300℃。 ：在低温下保温 1020min 时贝氏体型铁素体形核已基本完成，继续延长低温等温时间， 贝氏体型铁素体晶核也不再明显增加，但会使最终组织中贝氏体型铁素体粗化，使残余奥氏体明显减少，对力学性能不利。 另外，采用了“两步法”工艺在低温保温时会大量形核，使得碳原子扩散距离变短；然后经过高温下的保温，由于温度升高，碳原子扩散速度增加，在较短的时间内使奥氏体中碳含量得到增加并均匀化，形成稳定的富碳奥氏体组织。 通过“两步法”工艺得到的组织，既含有细小的贝氏体型铁素体，又有高碳奥氏体，奥氏体体积分数也很高，一方面提高了强度及硬度，又改善了冲击韧度，进而表现出更加优越的耐磨性能。 这种工艺简要的操作过程是：待铸件 各部位完全奥氏体化后，快速地淬入冷却介质中，几秒钟后提起铸件放入已设定好温度的保温炉中进行等温转变。 其目东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 11 的是 ： （ 1） 快速短时淬火，使铸件产生许多细小的结晶核心以细化奥铁体组织，提高综合力学性能； （ 2） 无需使用盐浴炉，减少能耗和污染，降低热处理成本，简化了热处理操作。 这一种热处理工艺是将试样加热至奥氏体化温度保温一段时间后，放入第一级淬火介质中淬火，使其绕过奥氏体等温转变曲线的鼻尖后，过冷到弧点上下；然后，当第二级等温转变在 220～ 300℃进行一定时间后，出炉空冷到室温 [26]。 图 两步法等温淬火工 艺示意图 ADI 材料在球磨机上的应用 球磨机是冶金磨矿、水泥、发电等行业用得最多的粉磨设备。 据权威部门统计，我国每年在球磨机上消耗的钢铁达数百吨。 长期以来，球磨机衬板、磨球等易耗件主要使用锰系、铬系金属作为制作材料，寿命较短，停机检修频繁，严重影响了生产。 奥贝球铁（ ADI）作为我国新型耐磨材料，具有优良的力学和铸造性能，良好的耐磨性和抗、冲击疲劳性能，且生产成本较低，对延长 球磨机检修周期，节能降耗，提高生产率 ，起到了积极的推动作用。 ADI 除具有质量轻、生产成本低、能源消耗少、强度高、韧性好、抗疲劳性能强、减震性好等优良的综合性能外，优异的耐磨性是它的又一特点。 ADI东北大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 12 要比同样硬度下的钢耐磨性好很多。 ADI 优越的耐磨性是因为 ADI 中金属基体的实际硬度比测量的高。 在磨损过程中， ADI 微观组织中稳定的奥氏体经历了应变引发相变硬化， ADI 工件表面总有一层高硬度耐磨层。 这是 ADl 具有优越的耐磨性和低的体积磨损的另一原因 课题的研究内容、意义及目的 本课题是 以 ADI（富碳奥氏体 +针状铁素体的球墨铸铁）耐磨铸球为实验 对象， 研究等温淬火工艺对球墨铸铁组织结构的影响规律 ，确定 具有优良性能的 ADI 耐磨铸球的 等温淬火 工艺。 具体研究内容有： （ 1）奥氏体化温度对 ADI 耐磨铸球 组织的影响； （ 2）等温淬火温度对 ADI 耐磨铸球 ADI 耐磨铸球 组织的影响； （ 3） ADI 耐磨铸球冲击断口的分析 本课题的研究内容具有深厚的理论研究和很强的实际应用价值 ， ADI 材料具有高韧性、高强度，与合金刚相比具有更好的经济效益。 另外本课题 的开展对揭示金属材料的组成、组织与性能间的内在关系也有着积极意义 ， 并且还涉及到与冶金、物理、化学及金属材料领域的广泛交叉。 本次实验的目的主要是通过修改盐浴的保温方法为在空气中冷却的方法来提高生产率，降低 生产成本，提高企业利润。 生产出矿石粉碎、岩石破碎、水泥建材、钢铁冶金、火力发电等行业大量需要的性能优良、价格低廉的 ADI 耐磨铸球。 东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 实验材料及方法 13 第 2 章 实验材料及方法 实验材料 本次实验采用的实验材料为 从直径 100mm 球墨铸铁磨球上切割的 10mm 10mm55mm 长条作为热处理实验样品和直径为 100mm 球墨铸铁磨球实验样品。 本次实验的球墨铸铁化学成分如表 所示。 表 材料的化学成分 元素 C Si Mn P S 含量 实验 方法 热处理工艺 热处理所用设备： SX813 型高温箱式电阻炉。 （ 1） 奥氏体化 奥氏体 化 温度 ： 奥氏体化温度的提高会引起奥氏体中碳的溶解度增加，减慢 针状铁素体 转变速度，阻碍 针状铁素体 的形成，残余奥氏体将增多；同时，奥氏体化温度提高会使奥氏体晶粒粗大，导致等温转变形成的 针状铁素体 粗大。 因此制定合理的奥氏体化温度对得到好的 ADI耐磨铸球组织很关键， 综合各方面因素 我们将淬火温度定为 920℃、940℃及 960℃三个温度。 保温时间： 2 个小时。 淬火介质： 10%浓度的 JATR2 淬火 液（水溶液）。 （ 2） 等温淬火 等温淬火 温度定为 260℃、 280℃和 300℃三个温度 ，淬火至这三个温度时直接进入保温炉进行保温 2 个小时。 为了研究不同 奥氏体化 温度 及回火温度 对等温淬火球墨铸铁磨球组织和性能 的影东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 实验材料及方法 14 响 ， 我们设定了九 种不同的热处理工艺 ， 这九 种热处理工艺分别是： . 920℃保温 2h 淬火冷却至 260℃ 回火保温 2h； . 920℃保温 2h 淬火冷却至 280℃ 回火保温 2h； . 920℃保温 2h 淬火冷却至 300℃ 回火保温 2h； . 940℃保温 2h 淬火冷却至 260℃ 回火保温 2h； . 940℃保温 2h 淬火冷却至 280℃ 回火保温 2h； . 940℃保温 2h 淬火冷却至 300℃ 回火保温 2h； . 960℃保温 2h 淬火冷却至 260℃ 回火保温 2h； . 960℃保温 2h 淬火冷却至 280℃ 回火保温 2h； . 960℃保温 2h 淬火冷却至 300℃ 回火保温 2h； 金相组织观察 （ 1） 试验目的 ： 观察 等温淬 火耐磨铸球 的金相组织 ，研究热处理工艺与 ADI 耐磨铸球的金相组织 之间的关系； （ 2） 试验仪器 ： OLYMPUSDSX500 正 置式金相显微镜 ； （ 3） 试样形状尺寸 ： 10mm 10mm 55mm； （ 4） 试验方法 金相组织的观察是用光学显微镜及电子显微镜，来识别材料的组成相或组织组成体的数量、大小、形态及分布等特征。 本试验金相组织的观察是在 OLYMPUSDSX500 正置式金相显微镜 上进行的 ， 本试验金相组织的观察包 ADI 耐磨铸球的 铸态组织和热处理组织观察。 首先在已经浇注出的 Φ 100mm 的球墨铸铁磨球中通过线切割设备切割 制备 成10mm 10mm 55mm 的铸态试样和需要热处理的冲击试样。 将制备好的铸态试样和热处理完成后的冲击试样 按照由粗至细的顺序用 金相砂纸研磨 ，其中最粗的砂纸牌号为东北大学毕业设计（论文） 第 2 章 实验材料及方法 15 240，最细的为 2020。 在研磨过程中 ， 每一道工序必须去掉前一道的变形层 ， 要细心地把前一道的磨痕 ， 完全消除 ， 为了便于检查磨痕是否消除 ， 更换下一号砂纸试样应旋转90176。 ；从第一道砂纸起 ， 宜采用湿磨。