烧结亚共晶高铬铸铁的制备以及组织与性能研究
发布时间：2020-07-11 13:51
【摘要】：高铬铸铁作为一种的优异耐磨材料,在采矿、水泥等工业领域已经获得了广泛应用。然而,传统铸造方法生产的高铬铸铁的显微组织存在基体金属晶粒和碳化物尺寸粗大的问题,使得其强度和韧性偏低。不但限制了其突出耐磨性能的充分发挥,而且难以满足苛刻工况应用中的性能要求。鉴于此,本文以气／水雾化粉末为原料,采用超固相液相烧结技术制备具有均匀细小微观组织的亚共晶高铬铸铁。首先,研究烧结工艺对烧结亚共晶高铬铸铁组织性能的作用规律,并与成分相近的铸造高铬铸铁进行对比。实验结果表明：不同的雾化介质对粉末的组织形貌及烧结性能有很大影响。气雾化和水雾化粉末的有效烧结温度区间分别为1230℃-1275℃和1205℃-1254℃。烧结亚共晶高铬铸铁组织主要由M7C3碳化物和马氏体以及少量奥氏体组成,碳化物均匀的分布在基体上。随烧结温度升高,烧结亚共晶高铬铸铁的致密化速率先快后慢,晶粒和碳化物发生长大粗化。气雾化和水雾化粉末制备的亚共晶高铬铸铁的最大烧结密度均达到7.63g/cm2,硬度最大值分别为HRC63.0和HRC64.5。由于显微组织得到了明显改善,烧结亚共晶高铬铸铁的抗弯强度和冲击韧性都明显高于相近合金成分的铸造高铬铸铁。采用气雾化粉末在1245℃制备的烧结制品冲击韧性为7.8J/cm2,抗弯强度为2365MPa；采用水雾化粉末在1210℃制备的烧结制品冲击韧性为6.5J/cm2,抗弯强度为2122MPa。而相近合金成分的铸造高铬铸铁冲击韧性和抗弯强度分别为2.4J/cm2和1008MPa。其次,采用淬火+回火处理,研究热处理工艺对烧结亚共晶高铬铸铁组织性能的影响规律。随淬火温度的升高,一次碳化物发生溶解、聚集长大和球化,二次碳化物则先析出后溶解。晶粒无明显长大,马氏体板条尺寸逐渐长大,残余奥氏体含量增加。烧结亚共晶高铬铸铁宏观硬度出现先增长后减少的趋势,最大值达到66.5HRC。冲击韧性和抗弯强度均在950℃淬火温度取得最大值,分别为6.4J/cm2和2110MPa,超过950℃,冲击韧性和抗弯强度显著下降。选取经950℃C淬火处理的烧结亚共晶高铬铸铁进行回火处理。随回火温度的升高形成a相和二次碳化物组成的混合组织,二次碳化物发生粗化长大。温度继续升高,混合组织向更加稳定的屈氏体组织转变。宏观硬度随回火温度的升高先缓慢上升后急剧下降,最大值为HRC62。回火温度为250℃时,冲击韧性和抗弯强度达到最大值,分别为8.0J/cm2和2452MPa。最后,通过冲击磨粒磨损试验,并与相近成分铸造高铬铸铁进行对比,研究烧结亚共晶高铬铸铁的冲击磨粒磨损性能和机制。在低冲击功状态下,短程显微切削所占比例较高。随冲击功的升高,疲劳剥落磨损加剧,甚至会发生脆性碎裂,其中疲劳剥落磨损是冲击磨损过程中造成失重的主要原因。冲击磨粒磨损试验结果表明,相比于相近成分的高铬铸铁,由于烧结高铬铸铁硬度和强韧性的良好配合,使其具有更优良的抗冲击磨料磨损性能。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG143;TF124.5
【图文】：
也就是说碳化物对基体的破坏作用大大减小，因而高铭铸铁的初性优逡逑于普通白口铸铁和低络白口铸铁。高络铸铁按照化学成分可分为过共晶、共晶、逡逑亚共晶高络铸铁。共晶度由碳和络的质量分数确定，图１－１为民ｉｖｌｉｎＷ综合ＳｔｏｒｒｎｓＩ７＾逡逑等人的研究成果提出的Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ邋Ｈ元系中的含碳量小于１４％的合金液相面投影图。逡逑其中位于图１－１中的Ｕ１－Ｕ２－Ｕ３线段上的化学成分都是平衡共晶成分。具有这些成逡逑分的液相在共晶温度直接进行共晶反应形成共晶组织。成分点位于７－Ｆｅ相区的合逡逑金凝固组织为亚共晶组织，初生相为ｙ－Ｆｅ，共晶相为奥氏体和碳化物。成分点位逡逑于碳化物相区的合金凝固后形成过共晶组织，初生相为碳化物。逡逑壚逡逑Ｍ＞ｃ逦ｗ＾ｙ％逡逑图１．１邋Ｆｅ－Ｃ－ＣｒＨ元系中的含碳量小于１４％的合金液相面投影图逡逑１逡逑
化物的长大，但生产的高络铸铁粉末氧含量较高。逡逑与铸造相比，采用粉末冶金（ＰＭ）方法生产高络铸铁可Ｗ获得明显不一样的显逡逑微组织１４９１，如图１．２所示。首先，在粉末冶金法中使用雾化高络铸铁粉末为原料，逡逑雾化粉末具有快速凝固材料的组织特征，不仅基体金属为微晶，而且存在众多细逡逑小、均匀分布的碳化物。在烧结过程中这些细小、无方向性分布的碳化物一方面逡逑提供了大量的生长核也或者基底，提高了碳化物的形核率，同时还能够起阻碍基逡逑体晶粒长大粗化的作用，利于最终获得细晶基体加均匀分布碳化物的显微姐织；逡逑另一方面，粉末冶金通常采用固态烧结或者液相烧结，温度远低于铸件生产过程逡逑中的烙炼z褐露龋寰Я：吞蓟锏纳に俣纫偷枚啵欣诨竦昧⑻逍五义献醇虻ァ⒘缘偷奶蓟铩Ｒ蚨型灾谋湎晕⒆橹难荼涔毯妥钪盏腻义霞负翁卣鳎蠓岣吆辖鸬淖酆狭ρ阅堋ｅ义蟇W 逡逑图１．２铸造高络铸铁与烧结高络铸铁显微组织对比逡逑（ａ）铸造高络铸铁；（ｂ）烧结高络铸铁逡逑１．５烧结高铭铸铁烧结行为研究逡逑粉末冶金技术制备高络铸铁同时面临着一个关键问题
W W逡逑图２．２栻化预合金亚共晶高铭铸铁粉末形貌逡逑（ａ）气栻化粉末；（ｂ）水雾化粉末逡逑图２．３所示为在ＢＴ－９３００Ｈ激光粒度分布测试仪上得到的两种雾化粉末的粒度逡逑分布情况。从图中不难看出，雾化粉末的粒度分布属于典型的正态分布。其中气逡逑雾化粉末ｄｓｏ为２２．４９ｔｍｉ，水雾化粉末ｄｓｏ为９．４８＾ｉｍ。逡逑（３）邋ｍ邋Ｊ邋—邋邋邋邋邋：—邋逦逦逦逦逦邋０＾）邋ｉ游邋ｉ逦，，，邋Ｉ邋Ｉ逦！巧南逡逑说保吗邋／逦－！》．，逡逑
本文编号：2750492
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG143;TF124.5
【图文】：
也就是说碳化物对基体的破坏作用大大减小，因而高铭铸铁的初性优逡逑于普通白口铸铁和低络白口铸铁。高络铸铁按照化学成分可分为过共晶、共晶、逡逑亚共晶高络铸铁。共晶度由碳和络的质量分数确定，图１－１为民ｉｖｌｉｎＷ综合ＳｔｏｒｒｎｓＩ７＾逡逑等人的研究成果提出的Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ邋Ｈ元系中的含碳量小于１４％的合金液相面投影图。逡逑其中位于图１－１中的Ｕ１－Ｕ２－Ｕ３线段上的化学成分都是平衡共晶成分。具有这些成逡逑分的液相在共晶温度直接进行共晶反应形成共晶组织。成分点位于７－Ｆｅ相区的合逡逑金凝固组织为亚共晶组织，初生相为ｙ－Ｆｅ，共晶相为奥氏体和碳化物。成分点位逡逑于碳化物相区的合金凝固后形成过共晶组织，初生相为碳化物。逡逑壚逡逑Ｍ＞ｃ逦ｗ＾ｙ％逡逑图１．１邋Ｆｅ－Ｃ－ＣｒＨ元系中的含碳量小于１４％的合金液相面投影图逡逑１逡逑
化物的长大，但生产的高络铸铁粉末氧含量较高。逡逑与铸造相比，采用粉末冶金（ＰＭ）方法生产高络铸铁可Ｗ获得明显不一样的显逡逑微组织１４９１，如图１．２所示。首先，在粉末冶金法中使用雾化高络铸铁粉末为原料，逡逑雾化粉末具有快速凝固材料的组织特征，不仅基体金属为微晶，而且存在众多细逡逑小、均匀分布的碳化物。在烧结过程中这些细小、无方向性分布的碳化物一方面逡逑提供了大量的生长核也或者基底，提高了碳化物的形核率，同时还能够起阻碍基逡逑体晶粒长大粗化的作用，利于最终获得细晶基体加均匀分布碳化物的显微姐织；逡逑另一方面，粉末冶金通常采用固态烧结或者液相烧结，温度远低于铸件生产过程逡逑中的烙炼z褐露龋寰Я：吞蓟锏纳に俣纫偷枚啵欣诨竦昧⑻逍五义献醇虻ァ⒘缘偷奶蓟铩Ｒ蚨型灾谋湎晕⒆橹难荼涔毯妥钪盏腻义霞负翁卣鳎蠓岣吆辖鸬淖酆狭ρ阅堋ｅ义蟇W 逡逑图１．２铸造高络铸铁与烧结高络铸铁显微组织对比逡逑（ａ）铸造高络铸铁；（ｂ）烧结高络铸铁逡逑１．５烧结高铭铸铁烧结行为研究逡逑粉末冶金技术制备高络铸铁同时面临着一个关键问题
W W逡逑图２．２栻化预合金亚共晶高铭铸铁粉末形貌逡逑（ａ）气栻化粉末；（ｂ）水雾化粉末逡逑图２．３所示为在ＢＴ－９３００Ｈ激光粒度分布测试仪上得到的两种雾化粉末的粒度逡逑分布情况。从图中不难看出，雾化粉末的粒度分布属于典型的正态分布。其中气逡逑雾化粉末ｄｓｏ为２２．４９ｔｍｉ，水雾化粉末ｄｓｏ为９．４８＾ｉｍ。逡逑（３）邋ｍ邋Ｊ邋—邋邋邋邋邋：—邋逦逦逦逦逦邋０＾）邋ｉ游邋ｉ逦，，，邋Ｉ邋Ｉ逦！巧南逡逑说保吗邋／逦－！》．，逡逑
本文编号：2750492
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/2750492.html
