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微合金化高锰钢的应用研究

作　者: 查向东
导　师: 辛啟斌；何奖爱
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 含硼高锰钢微合金化冲击韧性韧脆转变温度耐磨性
分类号: TG142.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

高锰钢在水韧处理后组织为单一的奥氏体,它具有冲击韧性比较高的特点,一般情况下很少发生脆性断裂。它具有耐磨的特性,在强冲击条件下,表层迅速产生加工硬化,硬度达到500HB-700HB。所以,被广泛应用于承受冲击较大的零部件上,如履带板、颚式破碎机的颚板、挖掘机的斗齿、球磨机衬板等。合金化是提高奥氏体钢耐磨性的有效途径之一。国内外的研究趋势是在传统的高锰钢上加入Cr、Mo等合金元素对奥氏体进行强化以增强其形变硬化能力,从而提高其耐磨性能。而对微合金化高锰钢的组织和性能研究较少,本文则针对该方向进行研究,具有一定的理论意义和现实意义。本文研究的微合金化高锰钢是一种新型的耐磨钢铁材料,它是在常规的高锰钢基础上适当加入微合金元素硼、铬、稀土而获得的。本研究的分析试样均取自现场生产铸件(球磨机筒部衬板、颚式破碎机鄂板、推土机铲刃),并采用不同的水韧处理工艺,分析比较各种条件下的材料组织和耐磨性。具体研究内容有：(1)热处理工艺对颚式破碎机鄂板,球磨机衬板,推土机铲刃等铸件耐磨性的影响；(2)加入铬及硼等微合金元素高锰钢的流动性、线收缩、金相组织、硬度、冲击韧性的测定与研究；(3)分析具有新鲜磨损表面的零件残体,判断零件磨损类型及分析失效原因。本文通过将实验室的研究与实际使用零件的磨损过程结合起来,具有一定的理论意义和现实意义。实验结果表明：1.经过微合金化后的高锰钢铸件,其耐磨性能得到了提高,与普通高锰钢铸件相比,微合金化高锰钢鄂板寿命提高了2.3倍；球磨机衬板寿命至少提高了0.2倍；铲刃寿命提高0.3倍；2.微合金化元素B、Cr、RE改善了高锰钢的组织和性能,是颚式破碎机鄂板,球磨机衬板,推土机铲刃寿命提高的主要原因。3.不同的热处理工艺对高锰钢的冲击韧性和韧脆转变温度有很大影响,1080℃水韧处理时,微合金化高锰钢的韧脆转变温度为-40℃；1050℃水韧处理时韧脆转变温度为0℃；3.通过透射电镜分析可知,水韧处理后微合金化高锰钢的组织为奥氏体和合金碳化物。碳化物以(Fe,Cr)3C,(Fe,Mn)3C或者(Fe,Cr,Mn)3C结构存在；而硼化物在晶界上以M23(C,B)6形式析出。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
附表A  11-12
第1章绪论  12-34
  1.1 高锰钢的发展历史  12-14
    1.1.1 传统高锰钢  12
    1.1.2 高锰钢的研究状况  12-14
  1.2 高锰钢的化学成分  14-22
    1.2.1 高锰钢的化学成分标准  14-15
    1.2.2 高锰钢的化学成分对组织和性能的影响  15-22
  1.3 高锰钢的组织和性能  22-26
    1.3.1 高锰钢的组织  22-24
      1.3.1.1 铸态组织  22-23
      1.3.1.2 水韧组织  23
      1.3.1.3 加工硬化组织  23-24
    1.3.2 高锰钢的性能  24-26
      1.3.2.1 高锰钢的加工硬化  24-25
      1.3.2.2 高锰钢的力学性能  25
      1.3.2.3 高锰钢的铸造性能  25-26
  1.4 高锰钢的热处理  26-27
    1.4.1 水韧处理温度  26-27
    1.4.2 水韧处理保温时间  27
  1.5 高锰钢的合金化  27-28
    1.5.1 合金化的目的  27-28
    1.5.2 合金化的方法  28
  1.6 高锰钢衬板的应用和发展  28-31
    1.6.1 国外衬板材料的发展概况  29-30
    1.6.2 国内衬板材料的研究发展  30-31
  1.7 本文研究的内容、目的和意义  31-34
    1.7.1 研究目的、意义  31-32
    1.7.2 研究内容  32-34
第2章试验材料及方法  34-41
  2.1 微合金化高锰钢铸件的化学成分  34-35
  2.2 微合金化高锰钢的热处理工艺  35-36
  2.3 试验方法  36-41
    2.3.1 铸造  37
    2.3.2 性能测试和金相组织观察  37-39
    2.3.3 废件取样分析  39-41
第3章实验结果及分析  41-54
  3.1 微合金化高锰钢的铸造性能  41-42
    3.1.1 流动性  41-42
    3.1.2 线收缩  42
  3.2 热处理工艺对微合金化高锰钢组织和力学性能的影响  42-49
    3.2.1 鄂式破碎机鄂板  42-45
      3.2.1.1 材料的金相组织  42-43
      3.2.1.2 材料的力学性能  43-45
    3.2.2 球磨机衬板  45-48
      3.2.2.1 材料的金相组织  45-46
      3.2.2.2 材料的力学性能  46-48
    3.2.3 推土机铲刃  48-49
      3.2.3.1 材料的金相组织  48
      3.2.3.2 材料的力学性能  48-49
  3.3 影响微合金化高锰钢力学性能的因素  49-51
    3.3.1 铬、硼、稀土元素对高锰钢力学性能的影响  49-51
    3.3.2 水韧处理工艺对微合金化高锰钢力学性能的影响  51
  3.4 微合金化元素在高锰钢中的存在形式及分布  51-54
第4章微合金化高锰钢铸件的磨损分析  54-60
  4.1 磨损机理介绍  54-55
    4.1.1 冲击磨损  54
    4.1.2 磨料磨损  54-55
  4.2 微合金化高锰钢鄂板的主要失效形式  55-56
    4.2.1 宏观断裂  56
    4.2.2 磨料磨损  56
    4.2.3 脆性相剥落  56
    4.2.4 宏观剥落  56
  4.3 微合金化高锰钢鄂板磨损形貌分析  56-58
  4.4 微合金化高锰钢耐磨性的探讨  58-60
第5章结论  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
发表论文  65

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