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

《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》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、四川大学博士学位论文：高铬铸铁在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高铬铸铁在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材料学专业研究生：孙志平指导教师：沈保罗教授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

2、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，要锝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

3、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。1摘要对高铬铸铁亚临界热处理后的显微组织结构研

4、究表明，高铬铸铁铸态组织由奥氏体、马氏体和共晶碳化物组成，合金体系对显微组织构成没有影响，只是合金体系不同各组成相的体积含量不同。亚临界热处理不会改变共晶碳化物的数量、分布和形态。通过亚I

5、每界热处理可以将残余奥氏体含量降低到很低的水平(<59∞，甚至消除残余奥氏体。通过控制亚临界热处理温度和保温时间可以获得不同残余奥氏体含量的基体组织。利用TEM研究了高铬铸铁亚临界热处理中的固态相变。结果表明，在亚临乔热处理时首先发生的反应便是fie，Cr)23C6的析出：随着保温时间的延长，优先析出的二次碳化物饵e，Or)23C6会聚集长大，并发生向

6、M3C型碳化物的原位转变，同时，条状马氏体也开始分解析出争碳化物。伴随这两个转变反应的完成，在冷却时合金会得到珠光体基体组织。添加Mo和Cu会大大降低奥氏体中c的活度，从而推迟亚临界热处理过程中二次碳化物的析出和转变。并且Mo在亚临界热处理中会以MoC和Fe2MoC的形式在(Fe,Cr)23C6边缘析出。通过对3种合金体系高铬铸铁亚临界热处理硬化过程的分析，发现要保证高铬铸铁亚临界热处理实现二次硬化，合金铸态组织中必须有一定含量的奥氏体，如果奥氏体含量过低，合金不会出现二次硬化。并且合金获得最大二次硬化效果时，组织中仍然存在10％～20％

7、的残余奥氏体。高铬铸铁亚临界热处理的硬化不是单一机制起作用，而是两组强化和弱化作用综合作用的结果。马氏体含量的提高和二次碳化物的析出提高了合金硬度，马氏体硬度下降和二次碳化物转变造成合金硬度下降。当强化和弱化作用达到平衡时，合金获得最佳二次硬化效果。添加Mo和Cu后，在亚临界热处理时会析出Mo的碳化物MoC和Fe2MoC，造成第二个二次硬化峰出现。引入等效硬度的概念，综合高铬铸铁亚临界热处理时固态相变的分析和论述，建立了高铬铸铁亚临界热处理硬化动力学模型，得到了亚l临界热处理时高铬铸铁等效硬度壬乙和亚临界热处理温度T以及保温时间r的关系方

8、程。并通过对高铬铸铁亚临界热处理计算所得硬化曲线和实验所得硬化曲线的比较，证明了所建立的高铬铸铁硬化动力学模型是合理和有效的，可以用于高铬铸铁亚临界热处理硬化行为预测。高铬铸铁亚临界热处理前后的耐磨料磨损性能的研究表明，通过亚临界热处理可以改善合金的耐磨料磨损性能。合金的耐磨性随组织中残余奥氏体含量的降低得到改善，当残余奥氏体含量降低到一定量时耐磨性达到最佳，继续减少四川大学博士学位论文：高铬铸铁在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残余奥氏体含量，台金耐磨性降低。合金组织中的残余奥氏体可以有效抑制磨损次表面微裂纹的生成和

9、扩展，推迟磨损表面材料的剥落。而且，在高应力硬质磨料磨损中，残余奥氏体会发生应力诱发马氏体转变，导致合金在磨损过程中发生加工硬化，从而改善合金耐磨性。不同的合金体系获得最佳耐磨性能时基体中残余