半自磨机CADI磨球冲击硬化层组织与性能研究

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1、分类号：TG164.2密级：UDC：621.7编号：201421803018河北工业大学硕士学位论文半自磨机CADI磨球冲击硬化层组织与性能研究论文作者：杨为廷学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：刘金海职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringRESEARCHONMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFIMPACTHARDENEDLAYEROFCADIGR

2、INDINGBALLINSEMI-AUTOGENOUSMILLbyYangWeitingSupervisor:Prof.LiuJinhaiMay2017摘要含碳化物等温淬火球墨铸铁（简称CADI）磨球具有较强的加工硬化能力，在半自磨机中服役时，CADI磨球不断与矿石、衬板或磨球发生碰撞，使CADI磨球表面产生硬度较高的冲击硬化层。目前研究主要集中于热处理后CADI磨球性能方面，还没有人对CADI磨球冲击硬化层进行系统的研究，而实际上只有CADI磨球表层的组织和性能才对磨球的寿命有着非常显著的影响。本文首先探讨了冲击磨损对不同Mn含量CADI表层组织与性能的影响，研

3、究了淬火温度对CADI磨球表面残余应力的影响，并探索了CADI磨球冲击硬化层组织、应力状态及性能变化规律。为CADI性能的进一步优化，扩大应用范围提供参考价值和理论依据。研究结果表明：（1）随着Mn含量从2.0wt.%增加到3.0wt.%，CADI试样表层抵抗塑性变形和加工硬化能力逐渐增强，同时，CADI试样的耐磨性逐渐提高。但是，CADI磨球冲击硬化层表面切向残余应力增大，剥落也更加严重。（2）淬火温度在200℃~260℃范围之间，CADI磨球表面切向相变应力为拉应力，且呈线性逐渐减小。热处理后，如果CADI磨球中富碳奥氏体量增加1.0wt.%，磨球表面切向相变

4、应力减小约4.68MPa。（3）落球试验中，碰撞导致硬化层表面机械应力约-502.4MPa，占总残余应力的65%~77%，机械诱导相变应力占总残余应力的20%~32%，其余为热处理残余应力。机械诱导单位奥氏体转变量，硬化层表面切向相变应力增加约-10.9MPa。（4）CADI磨球硬化层中富碳奥氏体均发生不同程度的转变，硬化层表面转变量最大，约17wt.%。随着硬化层深度的增加，富碳奥氏体转变量逐渐减小，硬化层15mm处富碳奥氏体转变量达到最小值，随后转变量有所增加。28mm处又开始减小，硬化层30mm~32mm处转变量减少到2wt.%~4wt.%，之后基本持平。（

5、5）CADI磨球冲击硬化层表面硬度大于55HRC，硬度提高ΔH≥8HRC，随着硬化层深度增加，硬度逐渐降低，硬化层深度约25mm。落球试验中，硬化层的硬度ΔH受残余机械应力影响最大，其次是硬化层中富碳奥氏体的转变。（6）在酸性介质中，CADI磨球冲击硬化层的耐蚀性要高于冲击前的耐蚀性，同时，CADI磨球的耐蚀性要高于锻钢球。在中性和碱性介质中，CADI磨球冲击硬化层与锻钢球的耐蚀性基本持平。关键词：CADI磨球冲击硬化层残余应力硬度耐蚀性IABSTRACTCarbidicaustemperedductileiron(CADI)grindingballhasstro

6、ngabilityofworkhardening.Whenitwasworkinginthesemi-autogenousmill,CADIgrindingballknockedagainstores,liner,ortheotherball,thenthehardenedlayerofCADIgrindingballwouldbeobtained.Atpresent,theresearchmainlyfocusesontheCADIgrindingperformanceafterheattreatment,andthehardenedlayerofCADIgri

7、ndingballhasnotbeensystematicallystudied.Unfortunatelythemicrostructureandperformanceofthehardenedlayersurfacehasaverysignificantinfluenceontheirlife.Inthispaper,fristofall,theeffectofimpactwearonthemicrostructureandpropertiesontheCADIsamplesurfacewasstudied.Andthen,theeffectofquenchi

8、ngtem