钇基稀土变质高锰钢工艺及性能研究

论文摘要

用钇基重稀土变质剂对高锰钢（ZGMn13-1）进行变质处理,研究了稀土加入方法、加入量、加入温度对高锰钢组织和性能的影响以及变质处理对高锰钢加工硬化能力的影响,并对稀土变质机理进行初步探讨。对于变质后的铸态试样,稀土的作用主要体现在细化晶粒和净化晶界两个方面。钢中稀土的残余量较少（小于0.018%）时,以净化作用为主,相对未变质处理铸态组织,奥氏体晶粒尺寸有所减小,其晶界上的网状碳化物数量显著减少,硬度降低,抗拉强度增大,冲击韧性提高；稀土残余量增加到0.023%,奥氏体晶粒的平均横截面直径由未经变质时的197.6μm细化到109.9μm,抗拉强度和冲击韧性在此时获得最大值：钢中稀土残余量继续增加,奥氏体晶粒不能得到进一步细化,过量的稀土形成的稀土化合物在奥氏体晶界和晶内团聚析出,使硬度增大,抗拉强度和冲击韧性减小。水韧处理后的变质高锰钢,稀土的主要作用体现在细晶强化和固溶强化两个方面。稀土残余量较少（小于0.018%）时,水韧处理前后钢的组织和性能相差不大；当稀土残余量提高到0.023%时,奥氏体晶粒尺寸为136.5μm（未变质时水韧处理后为255.4μm）,在细晶强化和固溶强化的共同作用下,抗拉强度和冲击韧性分别从未变质时的479.3 MPa和68.4 J/cm2提高到802.6 MPa和108.8 J/cm2。抗冲击磨料磨损性能在0.029%-0.035%范围内达到最大值,为未变质水韧处理后的1.5倍左右；过量的稀土（稀土残余量>0.047%）使得水韧处理后组织中仍有未固溶的稀土化合物,抗拉强度、冲击韧性、耐磨性急剧降低,硬度随钢中未固溶的稀土化合物数量的增多而增大。在镇静时间相同的前提下,稀土加入温度相同时,与槽内加入法相比,包内冲入法更有利于钢液中夹杂物的排出,净化钢液。抗拉强度、冲击韧性、耐磨性的最大值大于采用槽内冲入时的相应值；稀土的加入方法相同（都采用包内冲入法）,与稀土加入温度较高时相比,稀土加入温度较低时其浇注温度较低,所得到奥氏体晶粒尺寸较小。在相同的冲击功下,断口处加工硬化组织中ε马氏体的层错密度远远大于未经稀土变质处理时的层错密度,显微硬度从341.7 HV0.2提高到517.3 HV0.2,钇基稀土变质处理提高了高锰钢的加工硬化能力。稀土的加入方法采用包内冲入法,加入量在0.3%-0.4%（残余量为0.023%-0.035%）之间,采用较低的稀土加入温度时的变质效果较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 金属耐磨材料
• 1.2.1 低合金高强度耐磨钢
• 1.2.2 高铬铸铁
• 1.2.3 奥氏体锰钢
• 1.3 稀土的分类及其应用
• 1.3.1 稀土的分类
• 1.3.2 稀土在特殊材料中的应用
• 1.3.3 稀土在钢中的应用的国内外现状
• 1.4 课题研究的主要内容及其研究意义
• 1.4.1 课题的提出及其研究意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第二章 试验方案及设备
• 2.1 试验材料及试验过程
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验过程
• 2.2 水韧处理工艺
• 2.2.1 水韧处理温度
• 2.2.2 水韧处理保温时间
• 2.3 组织分析
• 2.4 性能分析
• 2.4.1 硬度
• 2.4.2 冲击韧性
• 2.4.3 抗拉强度
• 2.4.4 耐磨性
• 第三章 钇基稀土变质处理对高锰钢铸态组织和性能的影响
• 3.1 稀土加入量对高锰钢铸态组织和力学性能的影响
• 3.2 稀土加入方法对高锰钢铸态组织和力学性能的影响
• 3.3 稀土加入温度对高锰钢铸态组织和力学性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 钇基稀土变质处理对高锰钢热处理态组织和性能的影响
• 4.1 稀土加入量对高锰钢热处理组织和力学性能的影响
• 4.2 稀土加入方法对高锰钢热处理组织和力学性能的影响
• 4.3 稀土加入温度对高锰钢热处理态组织和力学性能的影响
• 4.4 稀土变质对高锰钢耐磨性能的影响
• 4.5 稀土变质对高锰钢加工硬化能力的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录