CADI磨球材料的研究及磨球的研制

发布时间：2017-08-24 20:44

  本文关键词：CADI磨球材料的研究及磨球的研制

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【摘要】：磨球作为研磨体被广泛应用于矿山、建材、化工等行业,全国每年磨球消耗量已经超过了260万吨,但是由于服役工况不断变化,磨球迫切需要提升性能、降低成本。含碳化物等温淬火球墨铸铁(CADI)由于综合性能优势突出,在磨球应用上具有广阔前景。本文结合磨球工况和CADI组织及性能特点,优化CADI磨球材料的成分和热处理工艺。采用OM、SEM、XRD等设备,研究了锰、钼元素和等温淬火温度对CADI磨球材料组织、性能的作用,并试制了CADI磨球。研制结果表明,CADI磨球材料铸态组织由石墨球、珠光体、碳化物组成,球化等级2-3级,石墨尺寸6～7级,随着锰、钼含量增加,石墨球数量有所下降,珠光体、碳化物数量增加。等温淬火后组织由石墨球、针状铁素体、一定数量的碳化物和残余奥氏体组成,随着锰、钼含量增加,碳化物、针状铁素体数量增多,并且钼能够细化针状铁素体。Mn主要以碳化物(Fe, Mn)3C形式存在,Mo主要以(Cr2.5Fe4.3Mo0.1)7C3和(Fe2Mo)3C形式存在。钼含量不变,随着锰含量升高,CADI磨球材料冲击韧性逐渐降低；硬度增强,磨损率降低,耐磨性提高,磨损形貌中犁沟减少,划痕变浅,脱落减少；腐蚀电位增大,腐蚀电流密度减小,耐蚀性增强。锰含量1.93wt.%时,试样综合性能优越,冲击韧度值9.7 J·cm-2,硬度值53.6HRC,磨损率0.151 mg·m-1,腐蚀电位-0.6497 V,腐蚀电流密度6.262×10-6 A·cm-2。锰含量不变,随着钼含量增加,CADI磨球材料冲击韧性先升高后降低；硬度增强,耐磨性提高；耐蚀性增强。钼含量0.43wt.%时,试样综合性能优越,冲击韧度值16.4 J·cm-2,硬度值53.4HRC,磨损率0.221 mg·m-1,腐蚀电位-0.6016V,腐蚀电流密度7.359×10-8 A-cm-2。等温淬火温度升高,2#(Mn1.93wt.%,Mo 0.29 wt.%)试样的残余奥氏体数目增多,针状铁素体形貌由细小致密的针叶状变疏变粗,此外,性能上表现为冲击韧性逐渐升高,冲击断口形貌呈现出准解理特征,硬度下降,耐磨性下降,耐蚀性增强。等温淬火温度260℃时,试样中少量的马氏体已经消失,冲击韧度值8.8 J·cm-2,硬度值54.7HRC,磨损率0.150 mg·m-1,腐蚀电位-0.6491V,腐蚀电流密度8.376×10-6 A·cm-2,表现出优越的性能。根据本试验结果试制的CADI磨球化学成分为C 3.3～3.8 wt.%,Si 2.2～2.7 wt.%,Mn 15～2.0 wt.%,Cr 0.8～1.2 wt.%, Cu 0.4～0.8 wt.%,Mo 0.2～0.5 wt.%。热处理工艺根据磨球尺寸制定：奥氏体化温度900℃,保温时间1-2.5h,等温淬火介质50%KNO3+25%NaNO3+25%NaNO2混合硝酸盐,等温淬火温度250℃+20℃,保温时间1.5-3h。试制的Φ120mm CADI磨球组织为下贝氏体+残余奥氏体+碳化物(10-15%),表面硬度值≥56HRC,表面向内连续三点硬度平均值≥53HRC,冲击韧度≥7J/cm2,球耗≤220g/t矿石,破碎率≤0.1%,冲击疲劳寿命≥10000次,满足工况要求。
【关键词】：CADI磨球 锰 钼 等温淬火温度 耐磨性
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG255
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-27
• 1.1 引言12-13
• 1.2 磨球的研究及发展现状13-18
• 1.2.1 磨球概述13-15
• 1.2.2 国内磨球材料研究及发展现状15-16
• 1.2.3 国外磨球材料的研究及发展现状16-18
• 1.3 CADI磨球的研究及发展现状18-22
• 1.3.1 CADI的组织和性能特点18-20
• 1.3.2 CADI磨球材料的研究及发展现状20-22
• 1.4 选题背景及意义22-25
• 1.4.1 磨球使用工况及失效方式22-24
• 1.4.2 磨球材料组织和性能的要求24-25
• 1.5 课题的研究目标25
• 1.6 课题的研究内容25-26
• 1.7 技术路线26-27
• 2 试验过程及试验方法27-37
• 2.1 CADI磨球材料化学成分设计27-28
• 2.2 试样制备28-30
• 2.2.1 砂型及原料的选择28-29
• 2.2.2 熔炼工艺29
• 2.2.3 球化及孕育工艺29
• 2.2.4 浇注工艺29-30
• 2.3 热处理工艺的设计30-32
• 2.3.1 奥氏体化温度及保温时间的选择30-31
• 2.3.2 等温淬火介质、温度及保温时间的选择31-32
• 2.4 组织观察及分析32-33
• 2.4.1 金相组织观察32-33
• 2.4.2 SEM和EDS分析33
• 2.4.3 XRD分析33
• 2.4.4 冲击断口以及磨损表面图像采集33
• 2.5 性能检测33-37
• 2.5.1 冲击试验33-34
• 2.5.2 洛氏硬度测试34
• 2.5.3 磨损试验34-35
• 2.5.4 电化学腐蚀试验35-36
• 2.5.5 CADI磨球冲击疲劳寿命试验36-37
• 3 锰对CADI磨球材料组织和性能的影响37-54
• 3.1 化学成分分析37
• 3.2 锰对CADI磨球材料铸态组织的影响37-40
• 3.2.1 锰对石墨的影响37-38
• 3.2.2 锰对基体组织的影响38-40
• 3.3 锰对CADI磨球材料热处理后组织的影响40-45
• 3.3.1 锰对CADI磨球材料显微组织形貌的影响40-42
• 3.3.2 能谱分析42-44
• 3.3.3 物相分析44-45
• 3.4 锰对CADI磨球材料性能的影响45-53
• 3.4.1 锰对CADI磨球材料硬度的影响45-47
• 3.4.2 锰对CADI磨球材料冲击韧性的影响47-48
• 3.4.3 锰对CADI磨球材料耐磨性的影响48-51
• 3.4.4 锰对CADI磨球材料电化学腐蚀性能的影响51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 钼对CADI磨球材料组织和性能的影响54-66
• 4.1 化学成分分析54
• 4.2 钼对CADI磨球材料铸态组织的影响54-56
• 4.2.1 钼对石墨的影响54-55
• 4.2.2 钼对基体组织的影响55-56
• 4.3 钼对CADI磨球材料热处理后组织的影响56-60
• 4.3.1 钼对CADI磨球材料显微组织形貌的影响56-58
• 4.3.2 能谱分析58-60
• 4.3.3 物相分析60
• 4.4 钼对CADI磨球材料性能的影响60-65
• 4.4.1 钼对CADI磨球材料硬度的影响61-62
• 4.4.2 钼对CADI磨球材料冲击韧度的影响62-63
• 4.4.3 钼对CADI磨球材料耐磨性的影响63-64
• 4.4.4 钼对CADI磨球材料电化学腐蚀性能的影响64-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5 等温淬火温度对CADI磨球材料组织和性能的影响66-76
• 5.1 等温淬火温度对CADI磨球材料组织的影响66-69
• 5.2 等温淬火温度对CADI磨球材料硬度的影响69-70
• 5.3 等温淬火温度对CADI磨球材料冲击韧度的影响70-72
• 5.4 等温淬火温度对CADI磨球材料耐磨性的影响72-73
• 5.5 等温淬火温度对CADI磨球材料电化学腐蚀性能的影响73-74
• 5.6 本章小结74-76
• 6 CADI磨球试制76-81
• 6.1 成分设计76
• 6.2 造型76-77
• 6.3 熔炼及浇注77
• 6.4 开箱及清理77
• 6.5 热处理工艺方案77-78
• 6.6 CADI磨球检测78-80
• 6.6.1 化学成分检测78
• 6.6.2 金相组织观察78
• 6.6.3 力学性能检测78-80
• 6.7 本章小结80-81
• 7 主要结论81-83
• 参考文献83-86
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果86-87
• 致谢87

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本文编号：733075