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含硼微合金化超高锰钢的研究

作　者: 李书琴
导　师: 何奖爱
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 含硼超高锰钢硼含量铸造性能冲击韧性韧脆转变温度相对耐磨性
分类号: TG142.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究的含硼超高锰钢是一种新型的抗磨材料。它是在普通高锰钢Mn13的基础上进一步提高Mn、C含量,加入B、Cr、稀土等合金元素发展起来的。主要是为了弥补传统高锰钢在应用中的不足。如在低应力、低冲击条件下由于加工硬化不充分而耐磨性不足、在严寒条件下(-20～-40℃)服役,容易发生低温脆断现象等。本试验是通过对含硼高锰钢和超高锰钢化学成分的研究、对比,将含硼超高锰钢的硼含量定为5档,分别是AO:0, Al:0.0015%, A2:0.003%, A3:0.0045%, A4:0.006%。对含硼超高锰钢试样进行不同温度(1080℃,1100℃,1120℃,1140℃)的水韧处理,再在较低冲击应力条件下进行磨料磨损试验。本文利用OLYMPUS金相显微镜、HRBV-187.5洛布维硬度计、JB-301冲击试验机、SSX-550扫描电子显微镜、TECNAI G220透射电子显微镜、ZQS-200合金热裂线收缩仪,主要研究了：(1)硼的加入量与主加合金元素加入量对钢的力学性能的影响；(2)含硼微合金化超高锰钢热处理工艺的研究；(3)硼的加入量与主加合金元素加入量对钢的铸造性能的影响；(4)硼含量对钢的奥氏体、析出碳化物等组织的影响；(5)微合金化超高锰钢的低温韧性及韧—脆转变温度；(6)硼及铬等其它微合金元素的加入对钢的耐磨性能影响及机理分析.研究结果表明,随着硼含量由0增加到0.006%,试样的流动性明显降低,由573mm降低到347mm,降低了39.4%。随硼含量的增加,线收缩率先升高后降低,其中不含硼的试样即AO线收缩率最低,为2.1002%；最高值出现在A2,为2.3645%。一次结晶组织枝晶变得粗大。含硼超高锰钢铸态组织中碳化物较多。随硼含量的增加,经相同温度水韧处理后金相组织中碳化物逐渐增多,在硼含量相同时,随着水韧处理温度由1080℃升高到1140℃,碳化物数量先减少后增多。随着硼含量的增加和水韧处理温度的升高,试样的常温冲击韧性呈先增大后减小的趋势,最高值在168～191J/cm2之间变化。随硼含量的变化,热处理后试样硬度变化不大,在HBS202-218之间变化。含硼超高锰钢的韧—脆转变温度为-70℃,提高了超高锰钢的使用安全可靠性。在较低冲击应力磨料磨损条件下,经相同温度水韧处理后试样的耐磨性随硼含量的增加呈升高趋势,在硼含量相同时,随水韧处理温度的升高,耐磨性能先升高后降低,变化范围是1.09-1.98。综上所述,硼含量为0.003%的含硼超高锰钢经1100℃水韧处理后其综合性能最好：HBS=215,αK=191 J/cm2,相对耐磨性为1.46。该试样的韧脆转变温度为-70℃.

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章综述  11-34
  1.1 国内外高锰钢的发展  11-13
  1.2 超高锰钢的成分  13-14
  1.3 合金元素在超高锰钢中的作用  14-19
  1.4 超高锰钢的组织和性能  19-27
    1.4.1. 超高锰钢的组织  19-20
    1.4.2 超高锰钢的物理性能  20-26
      1.4.2.1 超高锰钢的铸造性能  21-25
      1.4.2.2 超高锰钢的加工硬化  25-26
      1.4.2.3 超高锰钢的耐磨性  26
    1.4.3 超高锰钢的力学性能  26-27
  1.5 超高锰钢的热处理  27-30
    1.5.1 水韧处理温度  28-29
    1.5.2 水韧处理保温时间  29
    1.5.3 冷却  29-30
  1.6 合金化的方法和目的  30-31
    1.6.1 合金化的目的  30-31
    1.6.2 合金化的方法  31
  1.7 超高锰钢的应用  31-32
  1.8 本文研究意义  32-33
  1.9 研究内容  33-34
第二章含硼超高锰钢化学成分及热处理工艺  34-39
  2.1 含硼超高锰钢化学成分的确定  34-37
  2.2 含硼超高锰钢的热处理工艺  37-39
第三章试验材料及方法  39-44
  3.1 仪器设备  39
  3.2 试验方法  39-44
    3.2.1 铸造工艺  39-40
    3.2.2 熔炼  40
    3.2.3 金相组织观察和性能试验测试  40-44
第四章试验结果与分析  44-66
  4.1 含硼超高锰钢的铸造性能  44-47
    4.1.1 硼对流动性能的影响  44-46
    4.1.2 硼对线收缩率的影响  46-47
  4.2 含硼超高锰钢的一次结晶组织  47-49
  4.3 含硼超高锰钢的铸态组织  49-50
  4.4 含硼超高锰钢热处理后的组织  50-52
  4.5 含硼超高锰钢的冲击韧性  52-55
    4.5.1 水韧处理温度对含硼超高锰钢冲击韧性的影响  52-55
    4.5.2 硼含量对含硼超高锰钢冲击韧性的影响  55
  4.6 含硼超高锰钢的低温韧性  55-59
    4.6.1 韧脆转变温度的确定  56-58
    4.6.2 影响韧脆-转变温度的因素  58-59
  4.7 含硼超高锰钢的耐磨性能  59-64
    4.7.1 水韧处理温度对含硼超高锰钢耐磨性的影响  60-61
    4.7.2 硼含量对含硼超高锰钢耐磨性的影响  61-64
  4.8 含硼超高锰钢的硬度  64-66
    4.8.1 水韧处理温度对含硼超高锰钢硬度的影响  64-65
    4.8.2 硼含量对含硼超高锰钢硬度的影响  65-66
第五章结论  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71

含硼微合金化超高锰钢的研究

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