钒对高铬铸铁组织及性能的影响毕业设计论文Word文档格式.docx

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highchromiumcastironattractedmoreandmoreattention.Highchromiumcastironhasmoreexcellentwearresistancethan 

alloysteel 

relativetothegeneralwhitecastironhashighertoughness,strength,atthesametime,italsohasgoodresistancetohightemperatureandcorrosionresistance,andconvenientproduction,lowcost,andisregardedasthebestofcontemporaryantiabrasionmaterial.

Inthispaper,thepropertiesofhighchromiumcastironcastingandcomparesthesystem,firstofallthedesignofhighchromecastironcomponentforcasting,thenbyusingopticalmicroscope,scanningelectronmicroscope,onthesampletissuemorphology,chemicalcomposition,phasecompositionareanalyzed,finally,hardnesstestfrictionandimpacttest,performancetesting.

Theresultsshowthat,thestructureofhighchromiumironismainlycomposedofabaseandcompositionofcarbide,matrixphaseisthemainpartofausteniteandmartensite,andthecarbideisCr7C3.Thehardnessofhighchromiumcastironandthewearresistanceishigher.

Keywords:

highchromiumcastiron;

casting;

wearresistance;

frictionandwear.

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第1章绪论

1.1课题的目的、意义

高铬铸铁是本世纪三十年代发展起来的一种新型耐磨材料，因含有较高的铬，因此它具有较高的硬度和较小的硬度梯度、高的耐磨性、高的回火稳定性和抗腐蚀性。

目前已广泛应用于冶金、建材和电力等行业，并取得了显著的效果，在矿山行业也显示了诱人的应用前景。

所以提高高铬铸铁的硬度和冲击韧性一直是各位学者的工作方向。

1.1.1课题的目的

本课题根据钒能改变共晶碳化物的类型、改善碳化物形态，从而使铸铁韧性及耐磨性提高为依据，设计和制订了热处理工艺。

为使高铬铸铁具有优越的性能，研究热处理工艺与成分、冷却速度与组织、硬度和冲击韧性之间的关系，并在理论上给予一定的分析。

1.1.2课题的意义

高铬铸铁在磨损场合具有重要的优越性，已经在国民经济的各个行业中得到了重要的应用。

这主要是因为高铬铸铁在经过适当的热处理工艺和合金变质处理以后获得强韧的基体组织和高硬度的M7C3碳化物（HV=1300—1800）.国内外许多单位开始选用高铬铸铁作为建筑机械搅拌机衬板材质。

但高铬铸铁属于脆性材料，韧性较差。

因此如何获得高硬度的M7C3碳化物并使高铬铸铁的硬度和韧性达到良好的配合，提高耐磨性，一直是国内外研究的主要课题。

本课题主要研究在控制高铬铸铁基本成分的基础上，通过加入不同量的钒元素，经适当的热处理工艺后，高铬铸铁中碳化物的形态、数量、分布硬度以及耐磨性能与组织结构之间的关系。

1.2课题背景

1.2.1课题背景

高铬铸铁是继普通白口铸铁﹑镍硬铸铁发展起来的第三代耐磨材料。

由于高铬铸铁自身组织的特点，使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性、高温强度、耐热性和耐磨性等性能。

高铬铸铁已被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料，并日益得到广泛应用。

高铬铸铁的良好的耐磨性主要取决于其基体组织和碳化物的类型及分布特点。

高铬铸铁是以Fe，Cr，C为基本成分的多元合金。

刚凝固下来的高铬铸铁中基体是奥氏体，这种奥氏体在加热至较高的温度下才是稳定的，而且被C、Cr等元素所饱和。

当温度降低时，奥氏体将发生转变。

通常条件下，高铬铸铁呈现以奥氏体为主的多相组织，这种组织的铸铁在高温下使用，更能发挥材质本身的潜能。

高铬铸铁是含铬量在12%-28%之间的铬系白口铸铁，由于铬的大量加入使得白口铁中的M3C型碳化物变成M7C3型碳化物。

这种合金碳化物很硬，赋予了高铬铸铁良好的耐磨性。

另一方面，在凝固过程中M7C3型碳化物呈杆状孤立分布，使得高铬铸铁的韧性有了一定程度的改善。

1.3文献综述

1.3.1高铬铸铁

高铬白口抗磨铸铁（以下简称高铬铸铁）是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。

它以比合金钢高得多的耐磨性，和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。

高铬铸铁属金属耐磨材料、抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁而发展起来的第三代白口铸铁。

早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。

高铬铸铁一般泛指含Cr量在11-30%之间，含C量在2.0-3.6%之间的合金白口铸铁。

我国抗磨白口铸铁国家标准（GB/T8623）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。

其典型成分及工艺如下表：

表1-1高铬铸铁的牌号及化学成分（GB/T8623）%[6]

牌号

C

Mn

Si

Ni

Cr

Mo

Cu

P

S

KmTBCr12

2.0-3.3

≤2.0

≤1.5

≤2.5

11.0-14.0

≤3.0

≤1.2

≤0.10

≤0.06

KmTBCr15Mo

11.0-18.0

KmTBCr20Mo

18.0-23.0

KmTBCr26

23.0-30.0

表1-2高铬铸铁的硬度（GB/T8623）

铸态或去应力处理

硬化态或硬化态去应力处理

软化退化态

HRC

HBW

≥46

≥450

≥56

≥600

≤41

≤400

≥58

≥650

表1-3高铬铸铁件热处理规范（GB/T8623）[7]

软化退火处理

硬化处理

去应力处理

920-960º

C保温1-8h,缓冷至700-750º

C保温4-8h,冷至600º

C以下出炉空冷或炉冷

920-980º

C保温2-6h，出炉空冷

200-300º

C保温2-8h，出炉空冷或炉冷

C保温4-8h,缓冷至600º

960-1000º

C保温4-10h,缓冷至600º

960-1020º

960-1060º

美国高铬铸铁执行标准为ASTMA532M，英国为BS4844，德国为DIN1695，法国为NFA32401。

俄罗斯在前苏联时期曾研制了12-15%Cr、3-5.5%Mn，壁厚达200mm的球磨机衬板，现执行ҐOCT7769标准[8]。

特别值得一提的是在近一个世纪里，曾为抗磨白口铸铁做出了卓越贡献的美国克莱梅克斯（Climax）钼业公司。

1928年该公司首先发明了镍硬铸铁，把抗磨铸铁科技推向了一个空前高度。

1974年为纪念国际GIFA，在杜赛尔多夫展览会上展示了名为“神秘1号”和“神秘2号”[9]。

即经典的高铬抗磨铸铁153（Cr15Mo3）和1521（Cr15Mo2Cu），现如今克莱梅克斯公司执行高铬铸铁标准如下：

表1-4美国Climax钼公司规定的高铬铸铁成分（质量分子数）%

成分

12-1

15-3

15-2-1

20-2-1

超高碳

高碳

中碳

低碳

3.0-3.5

3.6-4.3

3.2-3.6

2.8-3.2

2.4-2.8

2.8-3.5

2.6-2.9

11-14

14-16

18-21

0.5-1.0

2.5-3.0

1.9-2.2

1.4-2.0

＜1.0

-

0.5-1.2

0.5-0.8

0.7-1.0

0.6-0.9

0.3-0.8

0.53-0.8

0.4-0.8

0.4-0.9

＜0.05

＜0