超高碳钢变质处理及微合金化的研究

论文摘要

超高碳钢（1.0-2.1%C）因具有良好的综合性能（高硬度、强度、耐磨性等）受到广泛关注,但在常规的铸造凝固过程中易存在粗大的网状碳化物,导致材料的脆性增加。本文采用自制的稀土-低熔点合金复合变质剂对其进行变质处理,研究了复合变质、微合金化和热处理工艺对超高碳钢组织、性能的影响,得出如下结论：（1）经稀土-低熔点合金变质处理后,超高碳钢初生奥氏体晶粒细化,碳化物由连续网状变为不连续块状,基本断网,分布均匀,且尺寸明显细化；由于组织得到明显改善,力学性能显著提高,在经过800℃×1 h淬火+250℃×2 h回火后,超高碳钢在保持硬度（HRC=65）的条件下冲击韧性（ak）值由5.8 J·cm-2增加到12.5J·cm-2。（2）变质处理超高碳钢通过添加微量合金元素（Ti、V、Nb等）后,其铸态和热处理态组织得到进一步改善,析出的碳化物更加细小、弥散,有利于提高材料的硬度和冲击韧性,其中以复合添加钛、钒元素效果最好；采用880℃×1 h淬火+250℃×2 h回火的热处理工艺,可以获得综合性能良好的耐磨材料。（3）在滑动磨损试验中,随着加载载荷的增加,超高碳钢的摩擦系数均呈现下降的趋势。表面氧化膜的形成和破落是导致摩擦系数下降的主要原因。另外,变质处理的超高碳钢相比于未变质处理的超高碳钢磨损表面磨屑数量减少,磨痕深度降低,磨损程度明显减弱,变质处理提高了超高碳钢的耐磨性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高碳钢的研究进展
• 1.3 超高碳钢的超塑性
• 1.4 超高碳钢的制备方法
• 1.4.1 热机械加工法
• 1.4.2 粉末冶金法
• 1.4.3 喷射成形法
• 1.5 变质处理技术研究现状
• 1.6 变质机理及理论
• 1.6.1 晶核核心理论
• 1.6.2 界面能理论
• 1.6.3 界面共格理论
• 1.7 选题依据和意义
• 1.8 研究目标及内容
• 1.8.1 研究目标
• 1.8.2 研究内容
• 第二章 材料制备及实验方法
• 2.1 实验材料的选择
• 2.2 实验材料的制备
• 2.2.1 熔炼铸造
• 2.2.2 变质处理
• 2.2.3 热处理
• 2.3 组织分析及性能测试
• 2.3.1 金相观察
• 2.3.2 扫描电镜观察（SEM）及能谱分析（EDS）
• 2.3.3 差热分析（DSC）
• 2.3.4 三维金相观察
• 2.3.5 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.6 硬度测试
• 2.3.7 冲击韧性
• 2.3.8 摩擦磨损
• 第三章 复合变质处理对超高碳钢组织和性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 变质处理对超高碳钢铸态组织的影响
• 3.2.1 金相组织
• 3.2.2 能谱分析
• 3.3 变质处理对超高碳钢相变温度的影响
• 3.4 变质处理对超高碳钢组成相的影响
• 3.5 变质处理对超高碳钢热处理后组织的影响
• 3.6 变质处理对超高碳钢力学性能的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 变质处理超高碳钢的微合金化及热处理工艺研究
• 4.1 前言
• 4.2 微合金化对变质超高碳钢组织和性能的影响
• 4.2.1 微合金化元素对变质超高碳钢微观组织的影响
• 4.2.2 微合金化元素对变质超高碳钢力学性能的影响
• 4.3 热处理工艺对变质超高碳钢组织和性能的影响
• 4.3.1 淬火温度对微合金化的变质超高碳钢组织和性能的影响
• 4.3.2 回火温度对钒微合金化的变质超高碳钢组织和性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 变质处理超高碳钢磨损性能的探索研究
• 5.1. 前言
• 5.2. 变质处理超高碳钢摩擦系数的研究
• 5.2.1 变质处理对摩擦系数的影响
• 5.2.2 热处理工艺对摩擦系数的影响
• 5.3 变质处理超高碳钢磨损形貌的研究
• 5.3.1 变质处理超高碳钢磨损形貌
• 5.3.2 不同载荷下变质处理超高碳钢磨损形貌的研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果