篦条用高铬合金成分、组织及性能的研究

论文摘要

本文通过设计一组正交试验,研究了不同成分下篦条合金的抗氧化性能、力学性能、耐高温磨料磨损性能及合金的显微组织等。采用增重法测定了篦条合金的氧化速率及氧化动力学曲线;通过扫描电镜及能谱分析了合金表面氧化膜形态,通过X射线衍射分析合金表面氧化膜的相组成;通过光学显微镜和扫描电镜观察了铸态合金的组织,并与氧化后的合金组织进行对比;初步探讨了碳化物类型不同的篦条合金在高温条件下和室温条件下的磨料磨损的区别。结果表明,对抗氧化性能及冲击韧性影响最大的元素是Al元素,对硬度影响最大的元素是C元素。篦条合金经900℃条件下氧化下500h之后,氧化动力学曲线呈抛物线状,随着Cr、Al含量的增加,氧化膜变脆,并出现剥落现象,氧化动力学曲线出现拐点,而通过添加稀土元素,氧化膜剥落现象明显减弱。在试验的合金中,未加入Al元素的合金,氧化后表面呈黑色,氧化物以Cr2O3为主,在加入4%～6%Al的合金中,氧化后表面呈银灰色,以Al2O3为主。合金的基体为铁素体,碳化物以M23C6为主。随着碳含量增加,碳化物的数量随之增加,经过稀土变质处理的合金,碳化物由连续网状变为断续网状。在氧化过程中,碳化物经过溶入、析出基体之后,在颈缩处断开,变得更加孤立,并且碳化物尖角变钝。室温硬度值较高的合金含有部分M7C3型碳化物,在室温条件下磨损率较低,而在高温下磨损率却大于室温下硬度低的合金。这是因为基体在高温条件下变软,对于高硬度的M7C3型碳化物支撑能力不足造成的。经过分析试验数据和显微形貌,得出最优化的一组篦条合金成分为:C 1.2%、Cr 26%、Al 4%、Si 2%、Re 0.3%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 课题意义
• 1.3 烧结机篦条的发展概况
• 1.3.1 灰铸铁篦条
• 1.3.2 耐热球铁篦条
• 1.3.3 高铬合金篦条
• 1.3.4 多元合金化高铬合金篦条
• 1.3.5 耐热钢篦条
• 1.3.6 篦条使用性能的比较
• 1.4 合金元素对篦条性能的影响
• 1.5 高铬铸铁中的碳化物
• 1.6 铸造工艺对篦条性能的影响
• 1.6.1 过滤处理对铸件性能的影响
• 1.6.2 铁液的熔炼工艺对篦条性能的影响
• 1.6.3 变质处理对篦条性能的影响
• 1.6.4 篦条浇铸系统概述
• 1.7 不同氧化层结构对合金抗氧化性能的影响
• 1.8 篦条失效原因分析
• 1.9 本课题的目标、内容及技术路线
• 1.9.1 本课题的目的
• 1.9.2 本课题的研究内容
• 1.9.3 技术路线图
• 2 实验方法及内容
• 2.1 试样原材料及制备方法
• 2.1.1 试样所用原材料及制备工艺
• 2.2 浇铸系统
• 2.3 实验类型设计
• 2.3.1 抗氧化试验
• 2.3.2 材料常温力学性能测试
• 2.3.3 显微组织观察
• 2.3.4 高温磨损性能测试
• 2.4 成分选择
• 3 实验数据及其正交分析
• 3.1 实验结果
• 3.2 正交实验结果分析与讨论
• 3.2.1 极差分析与讨论
• 3.2.2 正交表的说明
• 3.3 验证正交实验得到的合金的性能
• 3.4 高温条件下与室温条件下磨料磨损对比
• 3.5 本章小结
• 4 合金抗氧化性能分析
• 4.1 氧化动力学曲线
• 4.2 氧化物表面形态分析
• 4.2.1 氧化物表面宏观形态
• 4.2.2 氧化膜微观表面分析
• 4.2.3 氧化膜截面分析
• 4.2.4 保护性氧化膜形成的必要条件
• 4.3 合金元素对氧化过程的影响
• 4.4 合金组织对氧化性能的影响
• 4.4.1 基体组织对合金抗氧化性能的影响
• 4.4.2 碳化物对抗氧化性能的影响
• 4.5 本章小结
• 5 合金组织对力学性能的影响
• 5.1 合金的铸态组织形貌分析
• 5.1.1 Fe-Cr-C合金液相面投影图
• 5.1.2 碳含量对合金组织的影响
• 5.1.3 稀土元素对合金组织形貌的影响
• 5.2 合金元素对材料铸态硬度的影响
• 5.3 合金冲击韧性分析
• 5.4 合金氧化后组织形貌分析
• 5.5 高温三体磨料磨损形貌与性能分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的文章