形变诱导硬化型奥氏体中锰钢的磨损性能及强化机理研究

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1、博士学位论文形变诱导硬化型奥氏体中锰钢的磨损性能及强化机理研究StudyonWearPropertiesandStrengtheningMechanismofHardeningMediumManganeseAusteniticSteelInducedbyDeformation作者：陈辉导师：强颖怀教授中国矿业大学2016年12月中图分类号TH117.1学校代码10290UDC620密级公开中国矿业大学博士学位论文形变诱导硬化型奥氏体中锰钢的磨损性能及强化机理研究StudyonWearPropertiesandStrengtheningMechanismofHardeningMediumMan

2、ganeseAusteniticSteelInducedbyDeformation作者陈辉导师强颖怀申请学位工学博士培养单位化工学院学科专业矿物材料工程研究方向耐磨材料答辩委员会主席评阅人二○一六年十二月学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料

3、在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日论文审阅认定书研究生陈辉在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文是在导师强颖怀教授悉心指导下完成的。从论文选题、实验方案设计，到结果分析，处处凝结着强老师的心血。自从1999年考入中国矿业大学之后

4、，便一直在强老师门下求学，历经本科、硕士、博士三个阶段，强老师在科研和生活上对我关怀备至，尤其是在我经历人生重大困难的时候给予我无私的帮助和坚定的支持。值此论文即将完成之际，谨向强老师表示最诚挚的谢意！感谢课题组王庆良老师在整个博士学习阶段提供的帮助，他为我提供了良好的实验条件和环境。感谢材料学院张惠忠、刘海明、刘金龙、欧雪梅、张德坤、荣露、杨笑宇、朱宁、沈承金、钟耀东、刘洪涛、亓建伟、张含卓、凌意瀚等领导和老师在工作、学习和生活中对我的诸多帮助，正是有了材料学院这一有爱的群体和这一群友爱的人，使我顺利完成了论文。感谢顾永琴、赵宇龙、朱磊、魏超、冯培忠、张生辉、柳峰、张宁等各位师兄弟，以及研

5、究生柴立超、王强、张鑫、赵冬、冷梅、王茂林、李猛、王斐、岳宏霖、崔文等人在实验及各类测试过程中给予的帮助。感谢我的妻子朱姗姗女士及所有家人及朋友，是你们的支持和鼓励让我坚持并顺利完成了学业，感谢你们多年来对我的关心与爱护，你们永远是我最坚强的后盾。感谢国家科技支撑计划项目、江苏省产学研前瞻性联合研究项目、江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室开放课题等项目对本文的支持。感谢上海宝钢特钢有限公司、天津威尔朗科技有限公司为本课题开展提供了相关实验条件及实验用材。最后，对在百忙之中抽出时间参与论文评审和答辩的各位专家和老师表示深深的感谢!摘要实践表明，在低冲击载荷的工况条件下，高锰钢加工硬化不

6、明显，导致其耐磨性能不尽人意。为此，国内外对奥氏体中锰钢进行了开发和研究，以期通过减少Mn含量降低奥氏体的稳定性，达到提高加工硬化效果的目的。本文以宝钢特钢有限公司及中国矿业大学近期合作开发的BTW形变诱导硬化型奥氏体中锰钢为材料，开展了多种工况条件下的磨损特性及强化机理研究，同时结合XRD、SEM、TEM、EBSD等多种组织结构表征手段，深入探讨了BTW钢的应变硬化行为及加工硬化机制，为其在煤机装备中的推广应用提供理论基础，论文获得以下主要结论：BTW奥氏体中锰钢的冲击磨损研究发现，随冲击功及累积冲击能量的增加，BTW钢磨损表面位错密度不断增加，形成大量位错缠结并演化为位错岛。磨损表面破坏

7、机制由犁削磨损和凿削磨损共同作用转变为凿削磨损和疲劳剥落为主，同时BTW钢马氏体转变量基本维持35%左右。冲击功为3.5J时，BTW钢加工硬化充分，磨损表面硬度与耐磨性均达最大值，可确定其临界冲击功为3.5J。BTW奥氏体中锰钢高应力高应变速率动态压缩和层错能的变化规律研究表明，变形过程中层错能随应变量的增加近似呈直线上升，且与应变速率、温度成正比，层错能最高可超过202mJ/m2。其变形机制表现为形变诱发马