高钒高耐磨合金铸渗层制备及耐磨性能研究

发布时间：2020-07-05 21:39

【摘要】：随着我国经济的快速发展,以及工业设备现代化需求,在耐磨材料方面的需求量不断扩大。耐磨材料使用过程中,开采矿石消耗的耐磨材料是非常巨大的,特别是在碎矿和磨矿工况中,矿石在破碎的过程中,碎矿石形状不规则,造成零件局部磨损非常严重,铸渗工艺的在材料表面增强方面比较成熟,零件表面增强,既能提高零件的耐磨性,又能有一定的韧性,最终延长零件的使用寿命,因此本文以开发高钒高耐磨合金表面铸渗复合铸造技术为核心,通过铸渗合金粉末成分优化、铸渗工艺研究、热处理工艺设计来研究开发具有推广应用价值的高钒合金铸渗强化生产技术,满足圆锥衬板严酷磨损条件下的使用要求,本文主要着眼于铸渗层的设计,主要是利用钒元素和碳元素结合生成耐磨相,测试其最终的耐磨性,从而获得良好的耐磨性样品。本文研究从耐磨材料的选材入手,参照高钒高速钢的成分配比,设计不同的耐磨材料成分配比,利用铸渗工艺得到高钒高耐磨合金铸渗层。铸渗层成分配比材料选择钒铁合金粉、锰铁合金粉、高碳铬铁合金粉、钼铁合金粉、硅铁合金粉高碳铁粉以及铁粉,通过铸渗工艺,以中碳钢ZG45钢为母材制备得到高钒高耐磨合金铸渗层。铸渗层的原材料主要以钒元素为变量,钒含量的加入量范围10%~25%,通过组织性能分析表明:铸渗层厚度大约在在4mm左右,铸渗层和母材的过渡层在30~50μm左右,结合界面良好。铸渗合金层中形成的碳化物随着钒含量的增加,碳化物的形状和分布也随之变化,随着钒含量增加,碳化物依次变化首先以长条状和菊花状呈现,其次以菊花状弥散分布,最终碳化物以细条状为主分布在晶界间。铸渗试样硬度从集体到铸渗层呈先升高在降低的趋势,试样在铸态下:洛氏硬度在50~60HRC之间,显微硬度在800HV以上,热处理之后3号试样,洛氏硬度达到60HRC,显微硬度在1000HV左右。在磨粒磨损试验中,铸渗层中耐磨相的形成能够有效地阻止摩擦力对材料表面的切削磨损,由于铸渗层形成的耐磨相与基体存在临界的结合强度,当外界的摩擦力大于临界力,就会破坏耐磨相和基体的结合,但碳化物弥散分布在晶界处时,耐磨相与基体的结合力最好,此时的反应出的铸渗层试样耐磨性较好,通过磨粒磨损实验结果测试分析,磨损损失量,随着钒含量的增加呈先减少后增加的趋势,在3号试样磨损量最少。此时对比试样高铬铸铁试样Cr20,铸渗层的相对耐磨性是其2.5倍,对比基体材料45钢,相对耐磨性是其2.86倍。通过冲击磨粒磨损实验测试铸渗试样性能,热处理后的铸渗试样的组织主要为钒碳化合物、马氏体以及少量的Cr_7C_3化合物,这些组织都是良好的耐磨组织,在基体中形成抗磨支点,基体为中碳钢45钢有良好的韧性,两者结合起来既有一定的韧性也有一定的硬度,显著提高抗冲击磨损能力。在冲击磨损试验中石英砂颗粒不断冲刷基体表面,由铸渗层表面形成硬质相抵抗冲击切削,碳化物会在冲击切削力的作用下不断的脱落,而铸渗层形成的耐磨相已经基体具有良好的韧性能有有效地减少碳化物在这个过程中的脱落。其中在V含量为5.5%时的耐磨性较好,对比Cr20材料,其相对耐磨性是2倍左右,对比基体材料45钢,耐磨性提高3倍左右。
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

高钒高耐磨合金铸渗层制备及耐磨性能研究

凿削式磨料磨损

磨料磨损,高应力,假说,微量切削

图 1-3 高应力碾碎式磨料磨损图 1-4 低应力擦伤磨料磨损igure 1-3 High stress grinding abrasive wear Figure 1-4 Low stress abrasion abrasive w料磨损的机理假说⑴微量切削假说：磨损是指材料表面在磨料颗粒作用下产生的微量切削；⑵疲劳破坏假说：磨损是指材料表面在交变应力的作用下产生的；⑶压痕假说：磨损是指材料表面在由于硬质磨料的作用下产生压痕，以至表面产生剥落物。磨损的模型

磨料磨损,低应力,假说,微量切削

【参考文献】