论文题目: 高铬铸铁亚临界热处理中的硬化行为、机制及其对耐磨性的影响研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 孙志平
导师: 沈保罗
关键词: 高铬铸铁,亚临界热处理,二次硬化,硬化机制,硬化动力学模型,固态相变,耐磨性,理论
文献来源: 四川大学
发表年度: 2005
论文摘要: 高铬白口铸铁的显微组织中存在着高硬度（1200～1800HV）的（Cr,Fe）7C3型共晶碳化物,且彼此孤立分布而不连成网状,因而既具有较高的耐磨性又具有较高的韧性。长期以来,高铬白口铸铁在矿山、冶金、建材和化工等行业仍得到广泛的应用。众所周知,通过适当的热处理可以显著改善高铬白口铸铁的组织和使用性能。高铬铸铁通常采用的热处理工艺是去稳处理或去稳加回火处理。但是,对于厚大的高铬铸铁铸件,上述工艺存在的最大问题就是铸件容易变形和开裂。并且,去稳处理的温度很高,生产中要消耗大量的能源,在能源日趋紧缺的今天,研究节省能源的热处理工艺显得尤为重要。研究表明,铸态下含有大量残余奥氏体的高铬铸铁通过亚临界处理可以获得高的硬度和耐磨性。与去稳处理相比,亚临界处理不但可以避免铸件的变形和开裂,而且由于处理温度较低还可以节省能源、降低成本,工人的工作条件也能得到改善。 高铬铸铁是一种复杂的多元合金体系,影响组织和耐磨性的因素很多,要得到合理的热处理工艺必须对处理过程中的金属学问题有深入的了解。但是,目前对亚临界处理中的固态相变、硬化行为及其机制和亚临界处理对耐磨性的影响还缺乏系统深入的研究。因此,对高铬铸铁亚临界热处理硬化行为及其机制的研究对此工艺的优化推广和改善高铬铸铁耐磨性至关重要。 基于高铬铸铁的使用现状及其发展概况、研究进展,本文采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子探针（EPMA）、差热分析（DTA）等测试分析手段,借助固态金属中的扩散与相变、固体与分子经验电子理论等理论对高铬铸铁亚临界热处理中的固态相变、硬化行为及其对耐磨性的影响进行了系统深入的研究。
论文目录:
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本论文创新之处
第一章 绪论
1.1 高铬铸铁概述
1.2 高铬铸铁的微观组织
1.2.1 高铬铸铁的凝固行为和组织
1.2.2 高铬铸铁中的合金元素
1.2.3 高铬铸铁中的共晶碳化物
1.2.4 高铬铸铁中的固态相变
1.2.4.1 失稳处理中的固态相变
1.2.4.2 亚临界或回火处理中的固态相变
1.2.4.3 低温处理中的固态相变
1.2.4.4 球化处理中的固态相变
1.3 高铬铸铁的耐磨性
1.3.1 高铬铸铁的磨料磨损行为及其机制
1.3.2 微观组织对耐磨性的影响
1.3.2.1 共晶碳化物对耐磨性的影响
1.3.2.2 基体组织对耐磨性的影响
1.3.3 磨料对耐磨性的影响
1.3.4 合金元素对耐磨性的影响
1.4 固体与分子经验电子理论
1.4.1 EET理论的主要研究内容和研究方法
1.4.2 EET理论的应用研究
1.5 论文选题的意义和内容
1.5.1 论文选题的意义
1.5.2 本文的研究内容及技术路线
第二章 高铬铸铁显微组织分析
2.1 材料及试验方法
2.1.1 材料
2.1.2 亚临界热处理工艺
2.1.3 显微组织分析
2.2 试验结果
2.2.1 铸态组织
2.2.2 亚临界热处理后组织
2.2.3 残余奥氏体含量的变化
2.3 讨论
2.3.1 亚临界热处理对共晶碳化物的影响
2.3.2 亚临界热处理对残余奥氏体转变的影响
2.3.3 Mn对高铬铸铁铸态组织和残余奥氏体转变的影响
2.3.4 Mo和Cu对高铬铸铁铸态组织和残余奥氏体转变的影响
2.4 小结
第三章 高铬铸铁在亚临界热处理中的固态相变
3.1 材料及试验方法
3.1.1 材料及热处理工艺
3.1.2 显微组织分析
3.2 试验结果
3.2.1 凝固组织的TEM表征
3.2.2 二次碳化物的TEM表征
3.2.2.1 M_(23)C_6型碳化物的TEM表征
3.2.2.2 特殊碳化物的TEM表征
3.2.2.3 M_3C型碳化物的TEM表征
3.3 讨论
3.3.1 二次碳化物析出的热力学分析
3.3.2 二次碳化物的转变
3.3.3 基体组织的转变
3.3.4 Mo和Cu对固态相变的影响
3.4 小结
第四章 高铬铸铁亚临界热处理中的硬化行为及其机制
4.1 材料及试验方法
4.1.1 材料及热处理工艺
4.1.2 显微组织分析
4.1.3 硬度测定
4.2 试验结果
4.2.1 高铬铸铁亚临界热处理的硬化行为
4.2.2 硬度和残余奥氏体含量的关系
4.2.3 硬化和二次碳化物析出及其转变的关系
4.2.4 亚临界热处理中马氏体硬度的变化
4.3 讨论
4.3.1 高铬铸铁亚临界热处理硬化机制分析
4.3.2 亚临界热处理工艺参数对硬化行为的影响
4.3.3 合金元素对硬化行为的影响
4.4 小结
第五章 高铬铸铁亚临界热处理硬化动力学模型
5.1 材料及试验方法
4.1.1 材料及热处理工艺
5.1.2 显微组织分析
5.1.3 硬度测定
5.2 高铬铸铁亚临界热处理的硬化物理模型
5.3 硬化动力学数学模型的建立
5.3.1 等效硬度的概念和引入
5.3.2 亚临界热处理中过饱和奥氏体析出二次碳化物时，过饱和奥氏体的贫化动力学
5.3.3 亚临界热处理过程中各组成相硬度和体积百分含量的变化
5.3.3.1 各组成相硬度和亚临界热处理工艺参数的关系
5.3.3.2 各组成相体积百分含量和亚临界热处理工艺参数的关系
5.4 硬化动力学数学模型的确定及其效果分析
5.5 小结
第六章 高铬铸铁的耐磨性
6.1 材料及试验方法
6.1.1 材料及热处理工艺
6.1.2 显微组织分析
6.1.3 磨损试验
6.2 试验结果
6.2.1 磨损行为分析
6.2.2 磨损试验结果
6.3 讨论
6.3.1 亚临界热处理后硬度和耐磨性的关系
6.3.2 残余奥氏体和耐磨性的关系
6.3.3 二次碳化物析出及转变对耐磨性的影响
6.3.4 合金元素对耐磨性的影响
6.4 小结
第七章 EET理论在高铬铸铁研究中的应用
7.1 Fe-C-Cr系高铬铸铁奥氏体价电子结构分析及其成分设计
7.1.1 Fe-C-Cr三元系平衡相图分析
7.1.2 Fe-C-Cr系合金奥氏体价电子结构计算
7.1.3 合金奥氏体价电子结构分析
7.2 Mn对高铬铸铁组织及其相变特性影响的EET理论分析
7.2.1 Fe-C-Cr-Mn系合金奥氏价电子结构计算及分析
7.2.2 Mn对高铬铸铁组织的影响
7.2.3 Mn对合金奥氏体亚临界热处理中相变特性的影响
7.3 小结
第八章 结论
8.1 显微组织结构
8.2 固态相变
8.3 硬化行为及其硬化动力学模型
8.4 耐磨料磨损性能
8.5 EET理论的应用
参考文献
攻读博士学位期间公开发表的论文
声明
致谢
发布时间: 2005-10-08
参考文献
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