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新型矿山用耐磨球的制备及其磨损机理研究

发布时间:2019-09-07 20:14
【摘要】:本文通过研究铸造及热处理工艺对球墨铸铁的组织及力学性能的影响,确定最佳的下贝氏体球墨铸铁磨球制备工艺;并通过冲击磨损和腐蚀磨粒磨损实验,结合球磨机磨球运动学分析,研究了下贝氏体球墨铸铁在不同服役条件下的磨损行为及机理;结合球磨机磨球运动学分析磨球的最佳抛落轨迹及最大冲击能;综合对比下贝氏体球墨铸铁及另外三种耐磨材料的冲击磨损和腐蚀磨粒磨损失重特性,并提出了四种耐磨材料的最佳服役条件。研究结果表明: 球墨铸铁的石墨形态及分布与球化孕育工艺密切相关。使用2.2%球化剂和0.8%一次孕育剂在1450℃球化处理90s,并在浇铸时冲入1.2%的二次孕育剂,所得球墨铸铁中石墨尺寸、形态及分布最佳。近一步分析发现,尺寸细小且分布均匀的球状石墨对金属基体的割裂作用小,且咬合力较高,在其晶界处优先形核的下贝氏体细小而均匀,从而显著提升球墨铸铁的塑性变形协调能力;通过Jominy顶端淬火实验发现,材料顶端依次经历了薄膜沸腾、泡核沸腾及自然对流三种热传导机制。由于冷却速率的差异,随着淬火高度的增加,材料组织依次经历了马氏体、贝氏体、珠光体及铁素体转变;热处理结果表明:860℃温度下保温2h后采用20℃的饱和硝酸盐和亚硝酸盐混合介质进行连续冷却,并在250℃下回火2h,所得的下贝氏体球墨铸铁磨球表现出表层高硬度,内部高韧性的性能梯度特征;磨损实验结果分析发现,下贝氏体球墨铸铁的冲击磨损机制先后经历了犁沟、微切屑及疲劳磨损,其腐蚀失重机制主要包括化学腐蚀、电偶腐蚀和犁沟磨损机制。载荷对冲击及腐蚀磨损失重率的影响显著,载荷的增大将显著提高材料的失重率。不过,在一定载荷的作用下,表层组织的耐磨性会随着残余奥氏体的马氏体相变而提高;对比几种耐磨材料的磨损特性发现,下贝氏体球墨铸铁适用于多种实际服役条件,包括冲击载荷较高、介质酸性适中的大型球磨机。高铬铸铁适用于冲击载荷较小、碾磨介质较硬、介质酸性较强的中、小型球磨机。低铬磨球适用于中、小型干式球磨机。而70Mn马氏体钢适用于大、中型干磨球磨机。
【图文】:

磨粒磨损,低应力,高应力,类型


按摩擦表面所受到的应力和冲击的大小,磨粒磨损可分为[74].-凿削式磨粒磨损(图2-7a)。这类磨损的特征是冲击力大。磨料以很大的冲击力切入金属表面,因此工件受到很高的应力,造成表面宏观变形,并可从摩擦表面凿削下大颗粒的金属,在被磨损表面有较深的沟槽和压痕。如挖掘机的斗齿,矿石破碎机锤头等零件表面的磨损即属于此种磨损形式。高应力碾碎式磨粒磨损(图2-7b)。这类磨损的特点是应力高,磨料所受的应力超过了磨料的压碎强度。当磨料夹在两摩擦表面之间时,局部产生很高的接触应力,磨料不断被碾碎。被碾碎的磨料颗粒呈多角形,它会擦伤金属,在摩擦表面留下沟槽和凹坑。如矿石粉碎机的颚板,礼碎机滚筒等表面的破坏。低应力擦伤式磨粒磨损(图2-7C)。这种磨损的特征是应力低

影响图,球化处理,球墨铸铁,显微组织


4.3球化孕育工艺对掦态组织的影响图4-3所示为各组试样的铸态显微组织形貌,其中颜色最深的是石墨,围绕着石墨周围的光壳的圆环是铁素体。从图4-3中以看出,石墨周围的铁素体环的厚度较大,其主要原因为本实验材料中含有较高的娃元素(约4.7 %),娃是强铁素体形成元素,同时也有助于形成石墨。在铁素体周围的灰色组织为珠光体。另外,不难发现,实验中各组试样的碳元素均己石墨化,但是石墨的形态差异较大,,在155(rC球化处理]20s的A组试样中,出现了大量的不规则的条带状或块状石墨,其主要原因是在高温铁液中球化时间过长,球化反应十分剧烈
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TG255;TG163

【参考文献】

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本文编号:2533235

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