汽轮机锌基合金轴瓦材料和性能研究

论文摘要

本文根据球磨机衬板的实际工况条件,对衬板材质进行成分设计和热处理工艺优化,通过添加Mn、Si、Cr、Mo等合金元素,严格控制S、P含量,熔炼浇铸获得中碳低合金耐磨铸钢。研究了不同淬火温度和回火温度对中碳低合金耐磨铸钢组织和力学性能的影响,优化出了最佳热处理工艺。利用HRD-150型电动洛氏硬度计、JB-300B冲击试验机和SHIMAD（岛津）ZUAG-I250KV电子拉伸试验机对试验钢材料进行了力学性能测试;借助JSM-5610LV型扫描电镜、日本电子JEM-2100型超高分辨透射电子显微镜、德国Brux D-8 X射线衍射仪等微观分析仪器研究了热处理工艺后试验钢材料的微观组织和相结构,分析了试验钢材料的摩擦磨损形貌,对试验钢材料经二次回火工艺后强韧化作用机理进行了系统研究;采用MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试验机,对试样钢材料的高速磨损特性进行了研究。试验结果表明:化学成分为C0.42%、Mn1.35%、Si1.84%、Cr2.10%、Mo0.35%的中碳低合金耐磨铸钢,经过930℃×2h油淬+ 240℃×2h回火+240℃×2h回火处理后机械性能良好,材料硬度达到HRC54,冲击韧性αk达到43J/cm2,抗拉强度σb达到1820MPa。断裂机理主要是准解理断裂,断口中有大量的韧窝。通过高分辨透射电子显微镜观察和德国Brux D-8 X射线衍射仪分析,对中碳低合金耐磨铸钢二次回火后强韧化作用机理进行了研究,研究发现:（1）二次回火后马氏体亚结构主要是高密度位错和少量孪晶,较一次回火时的高密度位错和随处可见的较多孪晶,孪晶经240℃再次回火时部分发生回复、消失,孪晶数量明显减少;（2）在高分辨透射电镜不同放大倍数下观察:二次回火后位错密度较一次回火时低,位错发生了动态回复、消失,缠结的高密度位错胞逐渐回复,位错胞径变大;（3）经分析计算:试验钢材料二次回火后组织含量为M+3.54%A’+11.6%M23C6、一次回火后为M+5.78%A’+6.4%M23C6,二次回火后碳化物数量增加且尺寸变大,主要呈颗粒状弥散分布在板条马氏体基体上和高位错密度间;（4）二次回火后,残余奥氏体含量由一次回火时的5.78%降低为3.54%,在高分辨透射电镜下观察残余奥氏体呈薄膜状,以片层相间的方式分布在马氏体板条束之间。这些因素综合作用的结果是中碳低合金钢衬板材料强韧化的作用机理。摩擦磨损实验结果表明:中碳低合金钢衬板材料在二次回火后的耐磨性比一次回火态提高了近10%。试验钢摩擦系数随载荷和磨损速度的增大而减小;磨损量随载荷的增加而快速增加,随磨损转速的增加先增大后减小;加载载荷是影响试样钢磨损量的一个重要因素,而磨损转速对耐磨性影响不大。运用JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察试样钢材料的摩擦磨损形貌,结果表明,磨损形式主要为磨粒、塑变和粘着磨损,析出的较多增强相和基体良好的塑韧性,提高了中碳低合金耐磨钢耐磨性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景及意义
• 1.3 国内外金属耐磨材料研究及应用现状
• 1.3.1 耐磨铸铁
• 1.3.2 耐磨铸钢
• 1.4 球磨机衬板材料的发展现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 实验内容与方法
• 2.1 试验材料制备
• 2.1.1 化学成分设计
• 2.2 试验材料熔炼及热处理
• 2.2.1 熔炼
• 2.2.2 热处理工艺
• 2.3 力学性能测试
• 2.3.1 硬度测试
• 2.3.2 冲击韧度测试
• 2.3.3 拉伸测试
• 2.3.4 XRD 测试
• 2.4 摩擦磨损性能测试
• 2.5 金相组织、断口形貌及摩擦磨损形貌分析
• 第3章 力学性能与组织分析
• 3.1 引言
• 3.2 热处理工艺对力学性能的影响
• 3.2.1 淬火温度对力学性能的影响
• 3.2.2 回火温度对力学性能的影响
• 3.3 热处理工艺对组织的影响
• 3.3.1 淬火温度对金相组织的影响
• 3.3.2 回火温度对金相组织的影响
• 3.4 断口形貌分析
• 3.4.1 冲击断口形貌分析
• 3.4.2 拉伸断口形貌分析
• 3.5 材料二次回火后力学性能
• 3.6 X 衍射分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 强韧化机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 马氏体亚结构分析
• 4.3 位错密度分析
• 4.4 析出相强韧化分析
• 4.5 残余奥氏体强韧化分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 摩擦磨损行为及耐磨性研究
• 5.1 引言
• 5.2 不同试验材料的摩擦磨损
• 5.2.1 相对耐磨性
• 5.2.2 摩擦磨损形貌分析
• 5.3 试验钢材料的摩擦磨损
• 5.3.1 试验钢的磨损失重
• 5.3.2 试验钢的摩擦系数
• 5.3.3 试验钢的摩擦磨损形貌分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果