高性能大直径锻造磨球的研制

发布时间：2017-10-27 23:40

  本文关键词：高性能大直径锻造磨球的研制

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【摘要】：为解决矿石品位下降而造成的矿产资源生产效率低及生产成本高等问题,大型球磨机具有的优点逐渐得到凸显,并得到广泛应用。大型球磨机必然需要大直径磨球予以配合使用,因此制备高性能大直径磨球具有重要意义。本文针对某工厂制备65Mn锻球过程中存在的开裂问题,利用金相组织观察、SEM微观形貌观察、EDS能谱分析、洛氏硬度测试、冲击韧性测试等手段对65Mn锻球进行裂纹成因探讨并提出优化方案,以制备良好力学性能的65Mn大直径锻球。针对65Mn锻球淬硬层较薄而研究一种新型锻球——R2锻球,对其开裂的小批量试制锻球进行裂纹成因探讨,并通过研究R2材料奥氏体转变温度、淬火介质的选择、淬火温度对材料组织及性能的影响几个方面,对R2锻球进行热处理淬火工艺优化,以制备高性能大直径R2锻球。研究结果表明:65Mn锻球的失效形式是距锻球表层15mm左右处产生裂纹,且裂纹沿圆周方向扩展;开裂原因是65Mn锻球坯料组织中存在少量孔洞、夹杂等缺陷,利于裂纹的萌发;锻球次表层区域形成粗大魏氏组织,降低锻球的塑性和韧性,加剧了裂纹的扩展;淬火时产生较大内应力超过材料的断裂韧性。优化制备工艺为:优质原始棒料(Φ90mm)—切割短棒—加热至1050℃—锻造—转移(900-920℃)—800-820℃淬火,淬火液浓度2.5%—回火(220℃-4h)。工艺优化后65Mn锻球次表层未见魏氏组织,硬度变化趋势平稳,表面硬度提高3HRC左右,淬硬层深度提高2mm左右。开发一种新型锻球材料——R2钢,R2钢小批量试制成品锻球,硬度最大值与最小值差小于4HRC,?125mm锻球整体淬透,锻球体积硬度为56~58HRC,冲击韧性为17~20J/cm2。R2钢试制成品锻球失效形式为表面产生裂纹,裂纹扩展终止于球心附近。失效原因主要为马氏体粗大化(7级马氏体),降低材料强度;淬火工艺不当,产生较大的内应力,超过材料断裂强度。油淬可避免裂纹产生;920℃淬火奥氏体晶粒细小、马氏体未粗大化,淬火硬度为62.9HRC,220℃回火后的冲击韧性为26.3 J/cm2。优化制备工艺为:原始棒料(Φ90mm)—切割短棒—加热至1150℃—锻造—转移空冷—加热至920℃油淬—回火(220℃-4h)。与小批量试制锻球相比较,工艺优化后R2锻球未出现明显裂纹,锻球组织良好,马氏体组织粗大化现象得到改善,冲击韧性为26.04 J/cm2,提高了30%左右,整体硬度为59HRC左右,体积硬度为58.5HRC左右。
【关键词】：65Mn锻球 R2锻球 裂纹成因 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】：2016
【分类号】：TD453
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 引言8
• 1.2 大型球磨机的发展及使用现状8-9
• 1.3 磨球材质发展及使用现状9-13
• 1.3.1 铸造磨球9-12
• 1.3.1.1 铸钢磨球10
• 1.3.1.2 铸铁磨球10-12
• 1.3.2 锻造磨球12-13
• 1.4 磨球的工况条件及性能要求13-18
• 1.4.1 磨球的工况条件13-16
• 1.4.1.1 磨球的运动形式13-14
• 1.4.1.2 磨球受力情况14-16
• 1.4.2 磨球的性能要求16-18
• 1.5 本课题研究的意义及内容18-19
• 1.5.1 本课题研究意义18
• 1.5.2 本课题研究的主要内容18-19
• 第2章 试验过程及研究方法19-23
• 2.1 试验方案流程19-20
• 2.2 试验仪器设备20
• 2.3 力学性能测试20-21
• 2.3.1 洛氏硬度测试20-21
• 2.3.2 维氏硬度测试21
• 2.3.3 摆锤式冲击试验21
• 2.4 微观组织观察21-22
• 2.4.1 金相组织分析21
• 2.4.2 扫描电镜和能谱分析21-22
• 2.4.3 X射线衍射物相分析22
• 2.5 奥氏体化转变温度的测定22-23
• 第3章 65Mn锻球缺陷分析及工艺优化23-36
• 3.1 引言23
• 3.2 65Mn锻球材质及制备工艺23-24
• 3.3 原始工艺 65Mn开裂锻球组织观察及性能测试24-32
• 3.3.1 原始工艺 65Mn组织分析24-31
• 3.3.1.1 原始工艺 65Mn坯料组织观察24-26
• 3.3.1.2 原始工艺 65Mn锻坯加热空冷态组织观察26-28
• 3.3.1.3 原始工艺 65Mn开裂失效成品锻球显微组织观察28-31
• 3.3.2 原始工艺 65Mn开裂锻球淬硬层深度测试分析31-32
• 3.4 工艺优化后 65Mn锻造磨球组织与性能32-35
• 3.4.1 金相组织观察32-33
• 3.4.2 淬硬层深度测试分析33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 高性能R2锻造磨球的研制36-63
• 4.1 引言36
• 4.2 锻球材质选择36-40
• 4.2.1 化学成分设计36-37
• 4.2.2 小批量试制锻球力学性能测试分析37-40
• 4.2.2.1 硬度测试分析38-39
• 4.2.2.2 体积硬度对比分析39
• 4.2.2.3 冲击韧性对比分析39-40
• 4.3 R2试制锻球失效分析40-48
• 4.3.1 R2试制锻球性能测试分析40-43
• 4.3.2 R2试制锻球组织观察43-48
• 4.4 R2锻造磨球热处理淬火工艺优化48-59
• 4.4.1 R2钢奥氏体化温度48-51
• 4.4.2 淬火介质的选择51-53
• 4.4.3 淬火温度对R2钢组织及性能的影响53-59
• 4.4.3.1 原奥氏体晶粒观察53-55
• 4.4.3.2 淬火温度对组织形貌的影响55-56
• 4.4.3.3 淬火温度对R2钢力学性能的影响56-59
• 4.5 工艺优化后R2锻球组织与性能59-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 结论63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69

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