改性纳米SiC粉体对ZGMn13钢组织与性能影响的研究

论文摘要

高锰钢作为传统的耐磨材料,在抵抗强冲击或高应力作用下的磨料磨损与凿削磨损方面,由于具有加工硬化现象,其耐磨性是其他材料所无法比拟的。高锰钢初始硬度低,受到冲击载荷作用时初期形变量较大,导致初期磨损较为严重,影响了高锰钢的使用寿命,因此如何提高高锰钢材料的强度和耐磨性能一直以来是人们关注的焦点。本文在生产条件下采用冲入法制备改性纳米SiC粉体强韧化高锰钢材料,研究了改性纳米SiC粉体对高锰钢的组织、力学性能和耐磨性能的影响及其作用机理。本文采用光学显微镜、扫描电镜、力学性能测试、耐磨性测试和喷丸试验等方法,研究了加入改性纳米SiC粉体对高锰钢的组织、硬度、韧性、耐磨性以及钢球高速冲击条件下高锰钢的硬度和组织结构的变化规律,并初步探讨了高锰钢的加工硬化机制。结果表明：经改性纳米SiC粉体强韧化后的高锰钢铸态组织中奥氏体晶粒明显细化且碳化物的分布和数量都有所改善,水韧处理后奥氏体晶粒比原始高锰钢更细小；力学性能得到有效提高,当纳米SiC粉体含量为0.1%时,硬度、抗拉强度和韧性最高分别提高了33%、8.2%和22%；断口分析结果表明：加入改性纳米SiC粉体后,高锰钢断口组织中出现了更多的韧窝,韧性断裂特征更加明显；在MM-200耐磨试验机上进行耐磨试验,改性纳米SiC粉体强化前后,对磨损初期的磨损量和磨损速率几乎没有影响；随着加载载荷和磨损时间的增加,添加改性纳米SiC粉体的高锰钢试样表现出良好的耐磨性。当磨损时间为30min,载荷为80N时,磨损百分量分别降低了11%,31%和26%；高锰钢喷丸实验在QPL试验机上进行,经过喷丸处理后高锰钢表层硬度值急剧增加,随着冲击时间的延长,各试样的硬度值持续增加并趋于稳定。加入改性纳米SiC加粉后加工硬化速率较快。加工硬化后试样的X衍射分析显示,在喷丸处理条件下,高锰钢的加工硬化机制为位错理论和孪晶硬化理论,没有诱发马氏体相变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 耐磨钢的研究现状
• 1.1.1 高锰钢
• 1.1.2 贝氏体基体型耐磨钢
• 1.1.3 耐磨低合金钢
• 1.2 高锰钢的显微组织与性能
• 1.2.1 高锰钢的显微组织
• 1.2.2 高锰钢的性能
• 1.3 高锰钢的加工硬化机理
• 1.3.1 形变诱发马氏体假说
• 1.3.2 孪晶硬化假说
• 1.3.3 层错硬化假说
• 1.3.4 动态应变时效硬化假说
• 1.3.5 综合作用硬化假说
• 1.4 改善高锰钢耐磨性的方法
• 1.4.1 合金化高锰钢
• 1.4.2 表面形变强化
• 1.4.3 分散镶铸工艺
• 1.4.4 沉淀强化热处理
• 1.4.5 变质处理
• 1.5 纳米SiC粉体
• 1.5.1 碳化硅的特点
• 1.5.2 纳米材料的特点
• 1.5.3 纳米SiC粉体的应用
• 1.6 本课题研究目的内容及意义
• 1.6.1 材料选择
• 1.6.2 研究内容和意义
• 本章小结
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料与制备工艺
• 2.1.1 SiC纳米粉体
• 2.1.2 实验金属材料
• 2.2 实验方法及设备
• 2.2.1 热处理工艺
• 2.2.2 显微组织分析
• 2.2.3 拉伸实验
• 2.2.4 冲击实验
• 2.2.5 硬度检测
• 2.2.6 磨损实验
• 2.2.7 喷丸实验
• 本章小结
• 第三章 结果与分析
• 3.1 力学性能
• 3.1.1 硬度
• 3.1.2 抗拉强度
• 3.1.3 冲击韧性
• 3.2 显微组织
• 3.2.1 铸态组织
• 3.2.2 水韧组织
• 3.2.3 拉伸断口扫描
• 3.2.4 拉伸断口能谱分析
• 3.2.5 冲击断口扫面
• 3.3 磨损实验
• 3.3.1 磨损曲线
• 3.3.2 磨损表面扫描
• 3.3.3 磨损表面能谱分析
• 3.4 喷丸实验
• 本章小结
• 第四章 讨论
• 4.1 纳米SiC粉体对高锰钢力学性能的影响
• 4.1.1 纳米SiC粉体作为核心理论分析
• 4.1.2 晶粒细化对高锰钢性能的影响
• 4.1.3 净化金属液对高锰钢力学性能的影响
• 4.2 高锰钢耐磨损机理的探讨
• 4.2.1 粘着磨损的过程
• 4.2.2 磨损的影响因素
• 4.3 加工硬化机理的探讨
• 4.4 展望
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢