高强度珠光体钢丝组织及其三体磨料磨损性能研究

论文摘要

本文通过TEM、SEM等测试技术，通过对70钢深度拉伸塑性变形及退火处理过程中的组织及三体磨料磨损性能进行分析，系统研究了(1)深度拉伸塑性变形及退火处理对70钢机械性能的影响；(2)深度拉伸塑性变形及退火处理对70钢显微组织的影响；(3)70钢深度拉伸塑性变形强化机制；(4)深度拉伸塑性变形70钢三体磨料磨损性能；(5)深度拉伸塑性变形70钢三体磨料磨损机制。研究表明，强烈冷拉塑性条件下，70钢的抗拉强度和显微硬度显著提高，抗拉强度和显微硬度与70钢应变量之间呈线型关系；70钢的抗拉强度和显微硬度随退火温度的升高呈先上升后下降的趋势。强烈塑性变形条件下，70钢中的珠光体片间距不断减小，珠光体团发生转动、取向逐渐与拉伸轴方向趋于一致，渗碳体片发生变形(如弯曲等)、减薄、颈缩和断裂；变形量大时，渗碳体发生大量溶解。200℃退火，钢丝的组织几乎没发生变化。退火温度升高时，球状渗碳体数量急剧增多并逐渐长大，当退火温度超过700℃，韧性得到了大幅度提高，同时抗拉强度急剧下降。在石英砂磨料磨损工况下，强烈塑性变形可以少量提高70钢的耐磨性，真应变对耐磨性几乎没有贡献。而在玻璃砂磨料磨损工况下，强烈塑性变形可以有效地提高70钢的耐磨性，应变量达到2.77时70钢的耐磨性提高2.25倍左右。在石英砂磨料磨损工况下，不同应变量的冷拉70钢的磨损机理均相同，可以看到压坑、短程犁沟、微观切削以及塑变疲劳磨损，在载荷大的情况下会出现微裂纹；而在玻璃砂磨料磨损工况下，小变形70钢的磨损机理以显微切削和微观犁沟为主，大变形70钢的磨损机理以疲劳磨损为主。以高速钢为增强相的复合材料中，在石英砂磨料磨损低载荷工况下，高速钢对于耐磨性有一定的贡献，但提高的幅度最大能达到1.41倍。在石英砂磨料磨损高载荷下，高速钢对于耐磨性的影响比较复杂，呈现先增大后减小的趋势。在玻璃砂磨料磨损工况下，耐磨性随着高速钢含量的增大呈增大的趋势。与未添加高速钢的70钢丝相比，35％的复合材料耐磨性可以提高到1.73倍。在石英砂磨料磨损工况下，高速钢相对于70钢来说，切削和犁沟的沟槽变窄、变浅，因此在小载荷下增加高速钢可以提高材料的耐磨性。但当载荷增大时，增加了高速钢断裂的几率，使得耐磨性随着高速钢含量的增大呈先增大后减小的趋势。而在玻璃砂磨料磨损工况下，高速钢经过磨损后只有浅而窄的划痕，可以用来抵抗磨料的切削和犁削，在一定程度上阻碍了磨粒对基体组织的切削和犁削，起到了保护基体组织的作用，从而使复合材料的耐磨性得到很大的提高。由复合材料磨损模型进一步解释了在硬磨料下耐磨性随增强相的含量先增大后减小的现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 耐磨技术研究现状及水平
• 1.1.1 各种金属耐磨材料的合金化及热处理强化
• 1.1.2 材料的表面强化
• 1.1.3 材料的形变强化
• 1.2 强烈塑性变形研究现状及水平
• 1.2.1 强烈塑性变形的方法
• 1.2.2 强烈塑性变形对金属组织及耐磨性的影响
• 1.3 本文研究内容及意义
• 2. 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 强烈拉伸工艺方法
• 2.2.2 退火处理工艺
• 2.2.3 机械性能测试及试样制备
• 2.2.4 磨料磨损试样制备、试验装置及试验条件
• 2.2.5 拉拔及退火 70 钢组织分析
• 2.2.6 拉拔 70 钢磨损形貌分析
• 3. 强烈冷拉塑性变形及退火处理对 70 钢组织及力学性能的影响
• 3.1 冷拉 70 钢丝的组织演变
• 3.1.1 拉拔 70 钢横截面观察
• 3.1.2 拉拔 70 钢纵截面观察
• 3.2 退火处理对冷拉 70 钢丝组织的影响
• 3.2.1 横截面 SEM 观察
• 3.2.2 纵截面 SEM 观察
• 3.3 冷拉 70 钢力学性能变化
• 3.4 退火处理对冷拉 70 钢力学性能的影响
• 3.5 强化机制
• 3.5.1 冷拉珠光体钢的强化机制
• 3.5.2 冷拉珠光体钢丝退火处理后的组织性能关系
• 4. 深度拉伸塑性变形对 70 钢三体耐磨性的影响
• 4.1 冷拉 70 钢丝的磨损特性
• 4.1.1 石英砂磨料磨损工况
• 4.1.2 玻璃砂磨料磨损工况
• 4.2 冷拉 70 钢丝磨损形貌分析
• 4.2.1 石英砂磨料磨损工况
• 4.2.2 玻璃砂磨料磨损工况
• 4.3 讨论
• 5. 复合材料的三体磨料磨损特性
• 5.1 高速钢复合材料的磨损特性
• 5.1.1 石英砂磨料磨损工况
• 5.1.2 玻璃砂磨料磨损工况
• 5.2 高速钢复合材料的磨损形貌
• 5.2.1 石英砂磨料磨损工况
• 5.2.2 玻璃砂磨料磨损工况
• 5.3 复合材料的磨损模型
• 6. 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 硕士研究生学习阶段主要成果