热处理工艺对中碳中合金耐磨钢性能的影响

热处理工艺对中碳中合金耐磨钢性能的影响内容摘要：

抗蚀性与防止点蚀倾向等。 钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性， 因此对钢的强度产生有利的作 用。 钼对钢回火脆性的影响颇为复杂。 作为单一的合金元素存在于钢中时，钼增加钢的回火脆性，但和其他导致回火脆性的元素，如铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。 综合以上因素， 我们决定在 实验 中选定钼的含量为%～ %。 铌： 铌的固溶强化作用很明显。 当铌溶于奥氏体时，可以提高钢的淬透性，增加回火稳定性，有二次强化的作用。 铌可以提高钢的强度、冲击韧性，当含量高时可以使钢具有良好的抗氢性能，并提高热强钢的高温性能。 综合以上因素，在 实验 中选定铌的含量为 %。 钢中碳化物的作用： 和应力长期作用下不易聚集长大，则可大大提高材料的性能和使用寿命。 (基体 )之间不易在高温下因原子扩散作用而发生合金元素的再分配。 首先碳化物可使钢在更高的温度下工作并保持其较高的强度和硬度； ,碳化物稳定性高的钢可以在更高的温度下回火，使钢的塑性、韧性更好。 所以合金钢的综合性能比碳钢好。 铬和钼可以与碳形成碳化物。 铬和铁形成连续固溶体， 与碳形成多种化合物。 铬的复杂碳化物（ Cr,Fe） 7C3 对于钢的性能有显著的影响，特 别是提高耐磨性。 Cr 与 Fe 形成金属间化合物 FeCr。 当钼含量较低时，与铁及碳形成复合的渗碳体；当含量较高时，则形成它自己的特殊碳化物 [59]。 167。 本课题的研究内容及现实意义 本文研究内容主要包括： 1. 研究材料硬度、拉伸性能 对其磨损性能的影响； 2. 研究不同回火温度对材料硬度、拉伸性能 的影响； 3. 通过电镜观察磨损试样磨面显微组织，研究其磨损性能和微观组织 的关系； 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 6 4. 通过光学显微镜观察材料金相组织，分析比较采用不同热处理工艺的试样组织的 差别。 目前我国球磨机衬板主要以 高锰钢为主。 高锰钢在强烈冲击条件下能表现出较高的耐磨性， 在较大冲击载荷或接触应力作用下，其表层迅速产生加工硬化，并且有高密度位错和形变孪晶相继生成，从而产生高耐磨性的表面层，而此时内层奥氏体仍然保持着良好的韧性。 然而，高锰钢的优良性能，只适用于强烈冲击载荷的工况，由于在中小型球磨机中，磨球直接与衬板碰撞机会较少，衬板所受的冲击不足以使高锰钢产生加工硬化，加之高锰钢屈服强度过低 (只有 350MPa 左右 )，导致使用过程中衬板变形严重，耐磨性差，寿命短，用于制作中小型球磨机衬板并不太适合。 合金白口铁在各类钢铁中其抗磨性居首位 ，但其脆性较大，而且价格高，其应用受到限制。 因此我们要求球磨机衬板材料不仅要具有良好的塑性和韧性，还要有足够的硬度及耐磨性。 所以 我们选择中碳中合金钢作为球磨机衬板材料，中 碳中 合金钢通过适当的热处理工艺处理后可以改变其基体组织，克服铸态组织的不均匀性，使材料的强度、硬度、塑性及其他性能达到最佳匹配，使其具有良 好的韧性和足够的强度、硬度，来满足中小型球磨机的工况要求，同时中 合金耐磨钢成本较低，通过加入少量合金元素 Cr、 Mn、 Si及微量元素 Mo、 Nb 合金化。 因此对中 碳中 合金钢的热处理工艺及磨损性能研究有重大的意 义。 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 7 第二章 实验 方法与过程 167。 实验 材料 本 实验 所用材料为含碳量为 %、含有铬、锰等元素的中碳中合金钢。 其化学成分如 表 21所示。 表 21 试样材料化学成分表（质量分数， %） 编号 C Mn Si Cr Ni Mo RE Nb 1 2 3 试样取自铸件本体，采用线切割加工后进行热处理。 磨损 试样 尺寸为 φ6mm 20mm。 167。 实验 仪器和设备 量筒 (量程 50ml 和 500ml)、烧杯 (量程 250ml)、橡胶棒、勺子 、 钢尺 (量程 50cm)、切割刀、托盘天平 (量程 2110g)、空气压缩机 、 超声波清洗仪 ，以及 ： 高温箱式电阻炉 型号： VFX9/160YG； 中温箱式电阻炉 型号： SJX413； 扫描电镜 型号：日产 JSM5610LV 型； 精密万能 实验 机 型号： AGⅠ250KN(Shimadzu 岛津 )。 金相显微镜 型号 ： XJ16B 洛氏硬度计 型号： HRD150 金相试样抛光机 型号： P2 光学金相显微镜 型号： OLYMPUS PMG3 型（倒置式） 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 8 167。 合金钢的热处理工艺 热处理工艺方 案 如下， （ 1）退火 1050℃退火，保温 2小时，随炉冷却至 500℃，取出空冷 （ 2）淬火 860℃ 保温 2个小时 ,取出 油冷 （ 3）回火 分别在 550℃、 570℃、 590℃、 610℃下保温 2个小时后，空冷 热处理各阶段工艺图如 图 2 2 23所示。 图 21 退火工艺曲线 图 22 淬火工艺曲线 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 9 图 23 回火工艺曲线 167。 实验 过程 本 实验 主要对经过不同热处理工艺处理过的材料进行洛氏硬度、拉伸性能以及摩粒磨损等性能测试，并通过扫描电镜和光学金相显微镜，对合金试样进行扫描电镜和光学金相显微镜 实验 ，分析合金的微观组织和微区成份。 167。 洛氏硬度 检测 当被测样品过小或者 布氏 硬度 （ HB）大于 450 时，就 选 用洛氏硬度（ HR）计量。 实验 方法是用一个顶角为 120176。 的 金刚石 圆锥体或直径为，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕 深度求出材料的硬度。 本 实验 采用 HRD−150 型电动洛氏硬度计测洛氏硬度，实验 载荷为 1500kg。 在测试布氏硬度前，将试样表面用砂纸磨平，将标准试样平放在其面上上均匀选取五个点，分别测试其硬度，求平均值。 167。 拉伸性能检测 本 实验 在岛津 AGⅠ 250KN 精密万能材料 实验 机上进行。 测试金属在静拉伸下的力学性能，抗拉强度、屈服强度，延伸率、断面收缩率，评价金属的强度以及在静拉伸下金属的塑性变形能力。 塑性指标的高低能反映材料的冶金质量，如钢中夹杂 物过多时，塑性必定下降。 对绝大部分机械制造用钢来说，采用光滑的圆试样，在静拉伸 实验 机上作静拉伸 实验 ，根据拉断后试样的延伸率和断面收缩率作为鉴定材料塑性变形能力大小的指标。 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 10 167。 2 . 摩擦磨损检测 本 实验 在 ML100 型磨料磨损 实验 机进行摩擦磨损性能测试。 实验 所用上试样为 实验 合金，规格为 Φ 6 20mm。 实验 所用载荷为 20N，进给半径为 120cm。 本次磨损 实验 取 12 组 磨损试样分别为： 3 种成分 实验 用钢在 4 种热处理工艺条件下的试样。 每组试样有 3 个，一共 12 组试样。 分别用分析天平测量试样磨损前磨损后的质量，取其 平均值。 167。 金相 实验 过程 金相检验是观察和分析金属微观组织结构及其缺陷的重要手段。 现代金相技术包括光学和电子显微分析技术两个方面。 金相分析技术所获得的结果是联系材料加工工艺科学及材料性能之间的重要桥梁。 我们在长期的生产实 践中认识到，产品质量的好坏和材料性能有着密切的联系。 显微组织不同，材料的性能也不同。 只有通过控制组 织才能达到控制性能的目的。 利用金相显微镜及其所拍摄的金相照片对合金的微观组织进行检验分析，研究不同回火温度对 合金的结构组织的影响以及它们的变化规律，从而达到通过控制组织来实现控制和改 善其性能的目的。 金相试样的制备包括：截取、磨光、抛光及腐蚀。 首先将进行冲击 实验的试样从断口处开始截取一段作为金相试样，再在粒度为 400， 800， 1000，1200的砂纸上依次磨光；金相试样经磨光后，有细微磨痕以及表面仍有金属的形变扰动层，影响正确地显示组织，因而必须抛光。 抛光的目的，一方面为抛掉磨面上的痕迹，另一方面为消除磨面上的形变扰动层。 抛光 是在抛光机上进行的，选用呢纶作为抛光布，粗抛时用粒度为 的金刚石抛光膏 ，细抛时用较小的浓度，最后可用清水抛光，避免杂质留在抛光面上，抛光后用 4%的苦 味酸酒精对抛光后的试样进行腐蚀，将制备好的金相试样在金相显微镜下观察。 河南科技大学毕业设计 (论文 ) 11 第三章 实验 结果及分析 167。