热轧Mn8、Mn15和Mn18耐磨钢的磨损与腐蚀性能研究
发布时间：2020-11-22 04:33
传统高锰钢在中低载荷工况下不具有优势,在其基础上通过降低或增加碳锰元素含量研发出中锰和超高锰钢,在一定程度上弥补了其应用中存在的不足。本文对比研究了Mn8、Mn15及Mn18三种锰钢的滑动和冲击磨料磨损性能,分析了磨损机理。同时模拟矿井淋水腐蚀环境,探讨了三种锰钢的电化学腐蚀性能,论文得到以下主要结论:酸性矿井淋水腐蚀条件下,三种锰钢表现出更负的腐蚀电位,酸性工况下耐腐蚀性能弱于碱性和中性腐蚀环境。酸、中、碱性矿井淋水腐蚀环境中,Mn8钢的开路电位最正(最大),极化曲线外推拟合腐蚀电压最大,腐蚀电流最小,且容抗弧半径最小,其耐腐蚀性能优于Mn15和Mn18耐磨钢。滑动磨损实验表明,三种锰钢的摩擦系数均呈现先快速升高,后下降到一定的范围趋于平稳的变化趋势,低载平均摩擦系数高于高载。相同磨损工况条件下,Mn8均具有最低磨损失重,其抗滑动磨料磨损性能优于Mn15和Mn18耐磨钢。三种耐磨钢磨损层硬度分布均呈现梯度变化特征,Mn8磨损亚表层(50mm处)硬度达到550HV,Mn15和Mn18分别为450HV和510HV,Mn8的加工硬化效果最佳,Mn18则优于Mn15。三种耐磨钢干摩擦磨损机理主要表现为粘着磨损,伴有局部区域的疲劳剥落破坏,石英砂磨料磨损机理主要为磨粒磨损,表现形式为宽且深的犁沟和较大区域的疲劳剥落。冲击磨料磨损实验表明,随冲击功的增大,三种锰钢的加工硬化能力均提高,磨损失重也明显降低。1.5J冲击功时,Mn18的磨损失重低于Mn8和Mn15;3.5J冲击功时,Mn8具有最低的磨损失重。Mn8和Mn18亚表层组织具有较高密度的孪晶,亚表层(50mm处)硬度分别达到50HRC和48HRC,其加工硬化效果明显优于Mn15,加工硬化层深度超过1.5mm。三种锰钢磨损形式主要表现为凿削磨损和不同程度疲劳剥落磨损。Mn8、Mn15磨损层亚结构主要为位错、孪晶及马氏体,其耐磨强化机制为马氏体相变复合强化机制。Mn18磨损层亚结构出现大量位错、孪晶外,未发现马氏体相变,但出现Fe-Mn-C原子团偏聚区,其强化机制是通过位错、孪晶和Fe-Mn-C原子团强化。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG142.72
【部分图文】：
图 2-1 拉伸样品尺寸Figure 2-1 Size of tensile specimen2.2.4 冲击试验本试验使用冲击试验机的型号为 JBN-300，试样严格按国标进行加工，试样加工成 55mm×10mm×10mm 的块状试样，其具体的加工尺寸如下图 2-2 所示，对三种锰钢进行冲击试验测试，测试方法按照国标 GB/T229-2007 进行，最后对三种锰钢冲击吸收功进行比较分析。
拉伸实验温度为室温，湿度约在 40-90 之间。图 2-1 为拉伸试样加工尺寸。图 2-1 拉伸样品尺寸Figure 2-1 Size of tensile specimen2.2.4 冲击试验本试验使用冲击试验机的型号为 JBN-300，试样严格按国标进行加工，试样加工成 55mm×10mm×10mm 的块状试样，其具体的加工尺寸如下图 2-2 所示，对三种锰钢进行冲击试验测试，测试方法按照国标 GB/T229-2007 进行，最后对三种锰钢冲击吸收功进行比较分析。
试验所用的电化学工作站型号为 CHI 660E。锰钢试样、Pt 电极、饱和甘汞电极分别对应作为工作电极（WE）、辅助电极（RE）、参比电极（CE）。工作电极如图2-3所示，利用牙托粉将试样嵌入并固化12h，裸露的试样面积为1cm2。表 2-2 酸、中、碱溶液离子含量Table 2-2 Ion content of acid, medium and alkali solutionpH 值离子含量/ mg/LH+K+Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-OH-D03.5 1.28 11.73 92.42 676.55 364.74 28.36 3283.81 5.607.0 11.73 141.16 80.56 49.33 89.33 551.38 5.609.5 11.81 35.63 54.43 36.45 89.33 232.95 3.33 5.60图 2-3 工作电极试样Figure 2-3 Working electrode sample实验仪器及电极之间的的连接方法如图 2-4 所示。试验前将试样完全浸泡在准备好的模拟酸、中、碱矿井淋水腐蚀液中（浸泡时间为 150min），待开路电位进入平稳状态后，开始测试。扫描区间为在样品的开路电位±0.5V 左右，系统扫描速度为 0.001V/s。图 2-4 电化学测试示意图Figure 2-4 Schematic diagram of electrochemical test
【参考文献】
本文编号：2894128
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG142.72
【部分图文】：
图 2-1 拉伸样品尺寸Figure 2-1 Size of tensile specimen2.2.4 冲击试验本试验使用冲击试验机的型号为 JBN-300，试样严格按国标进行加工，试样加工成 55mm×10mm×10mm 的块状试样，其具体的加工尺寸如下图 2-2 所示，对三种锰钢进行冲击试验测试，测试方法按照国标 GB/T229-2007 进行，最后对三种锰钢冲击吸收功进行比较分析。
拉伸实验温度为室温，湿度约在 40-90 之间。图 2-1 为拉伸试样加工尺寸。图 2-1 拉伸样品尺寸Figure 2-1 Size of tensile specimen2.2.4 冲击试验本试验使用冲击试验机的型号为 JBN-300，试样严格按国标进行加工，试样加工成 55mm×10mm×10mm 的块状试样，其具体的加工尺寸如下图 2-2 所示，对三种锰钢进行冲击试验测试，测试方法按照国标 GB/T229-2007 进行，最后对三种锰钢冲击吸收功进行比较分析。
试验所用的电化学工作站型号为 CHI 660E。锰钢试样、Pt 电极、饱和甘汞电极分别对应作为工作电极（WE）、辅助电极（RE）、参比电极（CE）。工作电极如图2-3所示，利用牙托粉将试样嵌入并固化12h，裸露的试样面积为1cm2。表 2-2 酸、中、碱溶液离子含量Table 2-2 Ion content of acid, medium and alkali solutionpH 值离子含量/ mg/LH+K+Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-OH-D03.5 1.28 11.73 92.42 676.55 364.74 28.36 3283.81 5.607.0 11.73 141.16 80.56 49.33 89.33 551.38 5.609.5 11.81 35.63 54.43 36.45 89.33 232.95 3.33 5.60图 2-3 工作电极试样Figure 2-3 Working electrode sample实验仪器及电极之间的的连接方法如图 2-4 所示。试验前将试样完全浸泡在准备好的模拟酸、中、碱矿井淋水腐蚀液中（浸泡时间为 150min），待开路电位进入平稳状态后，开始测试。扫描区间为在样品的开路电位±0.5V 左右，系统扫描速度为 0.001V/s。图 2-4 电化学测试示意图Figure 2-4 Schematic diagram of electrochemical test
【参考文献】
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本文编号：2894128
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