40Mn2锻球缺陷成因分析及制备工艺优化

发布时间：2017-08-10 17:06

  本文关键词：40Mn2锻球缺陷成因分析及制备工艺优化

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【摘要】：近年来,中碳钢锻球以其成本低廉,制造工艺简单,性能适宜而受到了广大矿山、水泥等需要破碎磨料行业的青睐。40Mn2作为一种有效的锻球材料被锻球生产厂家广泛应用。然而,实际应用过程中却存在着40Mn2材料的性能很难适合现实的工况条件而出现诸如硬度和韧性得不到很好兼顾等问题。某铸锻厂在生产40Mn2锻球过程中锻球不时会出现裂纹和心部孔洞等缺陷。本文针对某铸锻厂生产过程中出现的缺陷锻球开展相关研究与分析,分析缺陷产生原因,优化制备工艺。研究结果表明:40Mn2锻球出现的失效形式是心部孔洞和裂纹;孔洞、裂纹成因是由于锻造坯料存在带状组织,锻球淬火心部存在魏氏组织以及Mn元素偏析导致的马氏体组织。1200℃保温12h可以消除锻造坯料中的带状组织,但能耗和成本不适宜锻铸工厂采用;860℃保温1h+840℃保温1h二次正火复合处理工艺可以显著消除带状组织,消除Mn元素偏析,能耗较低,是一种较适宜的热处理工艺。锻球心部冷速为7.3℃/s。以920℃淬火,心部冷速处于魏氏组织生成冷速区间15.3℃/s~1.5℃/s,心部组织中可见魏氏组织;优化锻球淬火温度至860℃,心部冷速避开魏氏组织生成冷速区间7.0℃/s~3.9℃/s,心部组织中未见魏氏组织。最终优化制备工艺为:锻造坯料二次正火—锻造坯料加热至1100℃—自由锻锻成球状—860℃淬火—250℃×2h回火。对比工艺改进后锻球与原始锻球组织和性能,工艺改进后锻球未见缺陷组织,硬度提高3HRC,淬硬层提高4mm,冲击韧性提高35J/cm2。
【关键词】：40Mn2锻球 缺陷成因 带状组织 魏氏体 工艺优化
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316.192
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 磨球材质发展现状与失效分析8-12
• 1.2.1 铬系白.铸铁球8-10
• 1.2.2 中高碳合金钢锻球10-11
• 1.2.3 其他磨球11
• 1.2.4 磨球失效分析11-12
• 1.3 钢中带状组织12-17
• 1.3.1 带状组织的形态及形成机制12-14
• 1.3.2 带状组织对性能的影响14-16
• 1.3.3 带状组织消除工艺研究16-17
• 1.4 钢中魏氏组织研究17-19
• 1.4.1 影响魏氏组织生成的因素18-19
• 1.4.2 魏氏组织形成机制19
• 1.5 本课题研究的目的与意义19-21
• 第二章 试验过程及研究方法21-25
• 2.1 试验设计思路21-22
• 2.2 试验仪器设备22
• 2.3 力学性能测试22-23
• 2.3.1 洛氏硬度测试22
• 2.3.2 维氏硬度测试22-23
• 2.3.3 摆锤式冲击试验23
• 2.3.4 抗拉性能测试23
• 2.4 显微组织分析23-25
• 2.4.1 金相组织分析23-24
• 2.4.2 扫描电镜+能谱仪分析24-25
• 第三章 40Mn2锻球组织与性能分析及缺陷成因探讨25-43
• 3.1 引言25
• 3.2 40Mn2缺陷锻球组织观察及性能测试25-29
• 3.2.1 试验方案25
• 3.2.2 试验结果与讨论25-29
• 3.2.2.1 缺陷样微观形貌分析25-28
• 3.2.2.2 淬硬层测试结果分析28-29
• 3.3 40Mn2锻球锻造坯料组织观察与性能测试29-34
• 3.3.1 试验方案29
• 3.3.2 试验结果与讨论29-34
• 3.3.2.1 锻造坯料成分分析及微观形貌29-31
• 3.3.2.2 锻造坯料缺陷评级及力学性能测试31-34
• 3.4 40Mn2锻球成品心部组织特征及马氏体组织形成成因分析34-37
• 3.4.1 试验方案34
• 3.4.2 结果分析与讨论34-37
• 3.4.2.1 锻球心部组织特征34-36
• 3.4.2.2 心部马氏体组织形成成因分析36-37
• 3.5 淬火过程中魏氏组织形成工艺分析37-42
• 3.5.1 引言37
• 3.5.2 不同淬火温度下冷却速度对魏氏组织生成的影响37-42
• 3.5.2.1 试验方法37
• 3.5.2.2 试验结果与讨论37-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 40Mn2锻球制备工艺优化43-58
• 4.1 引言43
• 4.2 带状组织消除工艺优化研究43-51
• 4.2.1 扩散退火对 40Mn2带状组织的影响43-46
• 4.2.1.1 试验方案43-44
• 4.2.1.2 试验结果与讨论44-46
• 4.2.2 正火工艺对 40Mn2带状组织的影响46-49
• 4.2.2.1 试验方案46
• 4.2.2.2 试验结果与讨论46-49
• 4.2.3 复合热处理消除带状组织效果探讨49-51
• 4.2.3.1 试验方案49
• 4.2.3.2 试验结果与讨论49-51
• 4.3 淬火工艺优化研究51-54
• 4.3.1 试验方案51-52
• 4.3.2 试验结果与讨论52-54
• 4.4 工艺优化后锻球组织与性能54-57
• 4.4.1 试验方案54-55
• 4.4.2 试验结果55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士期间发表的论文63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘云旭;低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除[J];金属热处理;2000年12期

2 陈涛;时彦林;;20CrMo棒材带状组织的控制研究[J];热加工工艺;2007年02期

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本文编号：651853