Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金硬质相形态控制及其对性能影响研究

发布时间：2019-02-17 16:38

【摘要】：高硼铁基合金是一种用廉价的硼取代昂贵合金元素的新型耐磨材料。其组织中的硼碳化物硬质相硬度很高,对材料的抗磨性能提供主要贡献。但由于硼碳化物的网状结构会严重割裂基体,造成材料韧性及其它性能的急剧降低,极大限制了高硼铁基合金的应用。本论文针对Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金中网状连续分布的硼碳化物硬质相,利用合金化、单一变质、复合变质、热处理等控制及改善其组织中的硬质相数量、形态及分布,使Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金的力学性能和耐磨性明显提高。论文首先在其它元素含量(C 0.45%、Cr 5.0%、W 1.0%、Mo 1.8%、V 0.8%)确定的前提下,研究了B含量为1.0-2.5%时,对Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金中硬质相的形态、材料力学性能的影响规律。随着B增加,硬质相体积分数增大,服从拟合公式y=15.765x+1.3692,其形态明显变宽、变粗；材料的硬度逐渐增加(51.1～53.4 HRC),而冲击韧性降低(4.84～2.41 J/cm2)；当B为1.5%时,获得最佳力学性能：硬度51.8 HRC,韧性4.35 J/cm2。利用第一性原理对Fe-Cr-B-C系合金中硬质相的的热力学和力学进行了计算。结果表明：M2B较M3(B,C)更稳定,同时Cr和Mo元素的溶入,能够进一步提高M2B和M3(B,C)型化合物稳定性和力学性能。所获得的热力学和力学性能数据对相关研究具有参考价值。论文采用不同含量的单一变质剂RE、Mg、Ti对1.5%B、0.45%C高硼铁基合金进行变质处理,研究了单一变质剂对硬质相形态的影响规律。稀土变质时,硼碳化物网状组织细化,奥氏体尺寸稍有减小；镁变质时硼碳化物网状组织细化明显,但是奥氏体尺寸变化不大；钛变质时,共晶硼碳化物网状厚度变薄,颗粒变小,奥氏体尺寸减小。并分别讨论了化合物CeO2、Ce2O2S、MgS、TiC等作为异质核心,细化初生奥氏体及共晶硼碳化物的变质机理。当变质剂含量分别为0.6%RE、0.5%Mg和0.4%Ti时,硬质相断网效果最明显,硬质相颗粒分别细化到8.75μm、6.57μm和6.78μm。变质前合金硬度为51.8 HRC,冲击韧性为4.35 J/cm2。经过0.6%RE变质后,合金硬度和冲击韧性分别为53.5 HRC和5.1 J/cm2,为；经过0.5%Mg变质后,硬度和冲击韧性分别为53.3 HRC和4.7 J/cm2；经过0.4% Ti变质后,硬度和冲击韧性分别达到53.5 HRC和5.6 J/cm2。在单一变质基础上,选择了0.6%RE+0.5%Mg+0.4%Ti复合变质剂对Fe-Cr-B-C高硼铁合金进行变质处理。结果表明：硼碳化物网状组织基本消失,转变为短针状和点状,等效直径进一步细化到5.26 gm,硬质相颗粒数显著增加,体积分数较未变质和单一变质明显降低,而基体中Mo、W、V等合金元素的含量则明显升高。合金硬度增加到56.0 HRC,冲击韧性为9.0 J/cm2。探讨了复合变质机理,表明：稀土、镁能净化钢液脱O、除S。在钢液的冷却过程中,CeO2、Ce2O2S、MgS, TiC与铁素体、奥氏体及硼碳化物都有极低的错配度,这些相作为奥氏体和共晶硼碳化物的异质核心。铈、镁等吸附在奥氏体或断开的硼碳化物结晶前沿,阻碍长大,最终使硼碳化物断网成球状。此外稀土和钛还能形成复杂的大夹杂,成为异质形核点。在复合变质的基础上,本文进一步研究了不同淬火温度热处理对硼碳化物的影响规律。结果表明,硬质相的大小和体积分数均先降低后升高,但变化不显著。当采用1000℃淬火+500℃回火工艺后,硼碳化物网状全部消失,呈颗粒状分布,数量增多,等效直径达到5.9μm,合金抗弯强度达到1584.3 MPa,硬度和冲击韧性分别达到59HRC和11.5 J/cm2,较未变质合金分别提高了13.9%和164.4%。论文最后研究了Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金在未变质、复合变质、复合变质+1000℃淬火和500℃回火后在500℃下的高温摩擦磨损性能。结果表明,未变质合金(M0)、复合变质(H0)、复合变质+1000℃淬火合金(H2)耐磨性分别达到了HSS (W18Cr4V)的1.0、1.1、1.4倍。复合变质+热处理的合金中含有高硬度,均匀、分散、圆整的硼碳化物和高韧性板条马氏体,具有很好的抗切削磨损和抗疲劳磨损能力,表现出优异的耐磨性。Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金在高温磨损时,主要发生了粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损及耐磨硬质相的断裂。总之,本文通过B含量优化、复合变质、热处理工艺,对Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金中硼碳化物硬质相的形态及分布进行了有效控制和优化,显著提高了该新型耐磨合金的力学性能和耐磨性,并探讨了各种变质剂对硬质相形态控制的机理。论文研究对Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金的应用奠定了基础,并对相关研究提供借鉴作用。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG135.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 史丽娟,王魁香,张玉君,张志杰,孙昕,张洪武,郝兆印;锰对铁基合金磁特性的影响[J];吉林大学学报(理学版);2003年04期

2 汪淑英;李具仓;赵爱民;毛双亮;王贵清;王秀生;;含铬高硅铁基合金组织和性能的研究[J];中国腐蚀与防护学报;2007年05期

3 刘平;杨军红;刘浩新;;看谱法测定铁基合金中铬[J];理化检验(化学分册);2008年12期

4 宋绪丁;刘海明;符寒光;邢建东;;硼含量对高硼铁基合金组织和性能的影响[J];铸造;2008年05期

5 张艺;李洪波;刘俊友;;硅对铁基合金耐液锌腐蚀的影响[J];腐蚀与防护;2009年10期

6 陈国(一艮),谢锡善;相分计算在铁基合金中的应用[J];北京钢铁学院学报;1979年01期

7 史洪刚;断裂强度超过超级合金的复合材料——有希望用作中温服役汽轮机部件的陶瓷纤维增强铁基合金[J];兵器材料科学与工程;1989年02期

8 刘钧泉,涂小慧,李建三,李卫,肖建梅;三种铁基合金在浓碱溶液中的电化学行为[J];华南理工大学学报(自然科学版);2001年09期

9 晓敏;用不同方法制取的块体非晶铁基合金的磁性能[J];金属功能材料;2003年01期

10 刘平;;铁基合金中锰元素看谱分析方法研究[J];中国锰业;2006年02期

相关会议论文 前8条

1 张艺;刘俊友;;铁基合金在熔融锌液中腐蚀行为的研究[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年

2 于锦泉;唐小军;袁帅;胡海波;;纯铁和铁基合金楔形样品中的冲击相变[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年

3 于有生;倪火炬;温家伶;;铁基合金激光熔覆的研究[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年

4 张艺;刘俊友;吴春京;田光新;;三种铁基合金在液态Al-zn-Si中腐蚀行为的研究[A];第七届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2009年

5 温家伶;于有生;倪火炬;常明;李冬林;;硼、稀土对铁基合金激光熔敷层性能的影响[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年

6 温家伶;于有生;倪火炬;常明;李冬林;;硼、稀土对铁基合金激光熔敷层性能的影响[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

7 周芳;朱涛;庞驰;;铜对铁基合金激光熔覆涂层的影响[A];第十二届冶金反应工程学术会议论文集[C];2008年

8 向永华;徐滨士;吕耀辉;姜yN;夏丹;刘存龙;;等离子熔覆快速成形铁基合金的设计与研究[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（三）[C];2010年

相关重要报纸文章 前1条

1 ;铁基合金催化剂及其制备方法[N];中国有色金属报;2003年

相关博士学位论文 前3条

1 师晓莉;Fe-Cr-B-C系高硼铁基合金硬质相形态控制及其对性能影响研究[D];昆明理工大学;2016年

2 于帅芹;铁基合金耐腐蚀性能的理论探讨[D];中国海洋大学;2008年

3 宋绪丁;高硼铁基系列铸造耐磨合金研制及其应用研究[D];长安大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 王淼;柠檬酸盐在电沉积铁基合金中的行为研究[D];湖南大学;2006年

2 粟文弘;热处理对高硼铁基合金性能和组织影响研究[D];广西大学;2012年

3 方宇明;外磁场对铁基合金中相变热力学及动力学的影响[D];厦门大学;2007年

4 魏宏璞;核阀密封面无钴铁基合金及激光涂层性能研究[D];苏州大学;2010年

5 刘海明;中碳高硼铁基耐磨合金组织与性能的研究[D];长安大学;2008年

6 高莉莉;高性能激光成型专用铁基合金的研制[D];山东大学;2009年

7 唐小军;HR2及几种铁基合金的冲击相变与断裂现象研究[D];中国工程物理研究院;2005年

8 逯峙;新型铁基合金粉末制备及氧含量可控研究[D];中南大学;2009年

9 张哲平;置换固溶型铁基合金的组织细化机理[D];天津大学;2006年

10 韩林;耐锌热腐蚀材料研究[D];西安工业大学;2012年

，

本文编号：2425375