硼元素对铬系白口铸铁组织与性能影响的研究

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1、学校代码10530学号201107071554分类号TG113，TG156密级公开硕士学位论文硼元素对铬系白口铸铁组织与性能影响的研究学位申请人曾静指导教师李智教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向相平衡及合金热力学二零一四年四月万方数据EffectofborononthemicrostructureandpropertiesofchromiumwhitecastironsCandidateZengJingSupervisorProf.LiZhiCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMaterialScienceandEn

2、gineeringSpecializationPhaseEquilibriaandAlloyThermodynamicsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateApril2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权

3、使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据湘潭大学硕士论文摘要摘要铬系白口铸铁具有较好的硬度及耐磨性，被广泛应用于矿山、建筑、火力发电等行业。近年来对耐磨材料的要求越来越高，但铬系白口铸铁在使用时仍有可能出现断裂、破碎等不可靠、不安全现象，使其推广受到较大限制。本论文从进一步提高性

4、能的角度出发，在铬系白口铸铁中加入硼元素，研究了以碳硼化合物和硼化物作为硬质相的含硼铬系白口铸铁材料。将铬系耐磨铸铁分为低铬(Cr=2%)，中铬(Cr=8%)，高铬(Cr=15%)铸铁三个系列进行试验，硼的加入量(wt.%，质量百分比，下同)分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5%。借助扫描电镜、能谱仪、电子探针和X射线衍射仪等手段，对合金的铸态凝固组织与性能、不同热处理工艺下的组织与性能以及铸态下合金的耐磨性能和磨损机理进行了研究，以此分析了硼元素对铬系白口铸铁的组织和性能的影响。实验结果表明，硼促使M3(C,B)、M7(C,B)3、M2B、M23(C,B)6及马氏体的形成，且

5、其数量随着硼含量的增加而增加。随着硼含量的增加，合金共晶点左移，导致亚共晶成分的合金转变为过共晶合金。当低铬和中铬硼系白口铸铁中硼含量达到2.0%时，组织中初生相由枝晶状基体转变为多边形的M3(C,B)，高铬硼系白口铸铁发生此转变所需硼含量超过2.0%但小于2.5%。由于硼元素促使合金组织的这些改变，铬系白口铸铁的硬度提高。当含硼量达到2.5%时，低铬白口铸铁硬度达到最大值；当含硼量达到1.0%时，中铬和高铬白口铸铁硬度达到最大值。可见，合金硬度不仅取决于硼化物及硼碳化物的种类和总量，而且与不同碳硼化合物的形态分布紧密相关。热处理后，低铬与中铬硼系白口铸铁的硬度较铸态增加，但高铬硼系白

6、口铸铁的硬度较铸态降低，而且奥氏体化温度对合金组织与性能的影响较明显。经过热处理后，组织中会出现共晶碳硼化合物细化或是溶解、网状结构被破坏等现象。随着奥氏体化温度的增加，低铬硼系白口铸铁试样的硬度降低，中铬和高铬硼系白口铸铁的硬度增加。低铬硼系白口铸铁经950℃保温淬火后的硬度最高；中铬硼系白口铸铁经1050℃保温淬火后的硬度最高。通过对含硼铬系白口铸铁铸态试样的表面磨损形貌分析，含硼铬系白口铸铁的磨损机制主要有磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损和剥落磨损。一般来说，合金表面的摩擦系数越小，耐磨性越好。随着硼含量的增加，低铬硼系合金的摩擦系数一直降低，中铬和高铬硼系合金的摩擦系数先降低后增加

7、。显然，摩擦系数的变化与合金硬度的变化刚好相反。低铬硼系合金表面的犁沟由宽而深转变为窄而浅，中铬和高铬硼系合金表面的犁沟由由宽而深转变为窄而浅会再变宽而深。因此，合金的表面摩擦系数、硬度和耐磨性的变化规律是一致的。I万方数据湘潭大学硕士论文摘要通过对含硼铬系白口铸铁的实验研究表明，在合金中加入适量硼，且采取适宜的热处理工艺，可以改善铬系白口铸铁的性能。关键词：铬系白口铸铁；硼；碳硼化合物；硬度；耐磨性II万方数据湘潭大学硕士论文Abstract