高硼鐵基系列鑄造耐磨合金研制及其應(yīng)用研究.pdf

1、傳統(tǒng)的耐磨材料都是以合金碳化物為抗磨骨架，本論文創(chuàng)新性地提出以硬度更高、穩(wěn)定性更高的硼化物和硼碳化合物為抗磨骨架，以高強韌性馬氏體為基體的高硼鐵基系列鑄造耐磨合金。 高硼鐵基系列鑄造耐磨合金以我國富有的硼、鉻、鈦為主要合金元素，不含有鎳、鉬、鎢、釩等合金元素，具有低成本、高硬度、良好耐磨性和強韌性，同時，鑄態(tài)硬度低，成型工藝性好，容易切削加工，克服了高鉻鑄鐵和高錳鋼鑄態(tài)難以加工的問題，適用制造尺寸精度要求高的耐磨零件。因此，高硼

2、鐵基系列耐磨合金是一種新型的耐磨材料，可以部分替代高鉻鑄鐵和高錳鋼材料。本學(xué)位論文依托于國家863計劃項目，在以下方面進行了實驗研究。 在論文中，將高硼鐵基系列耐磨合金分為低碳低硼系列(0.2～0.4％C、1.0％B左右)、中碳硼變化系列(0.3～0.45％C固定，0.5～3.0％B)和高碳高硼系列(0.5～1.0％C，2％B左右)三個系列，對其合金的熔煉方法、合金的凈化精煉工藝、鑄造凝固過程和組織、熱處理工藝和熱處理后的組織和

3、性能、合金在二體磨損和三體動載磨損條件下的耐磨性能及工業(yè)應(yīng)用進行了較為全面的研究。 本研究采用鋁、鈦脫氧和定氮、沖入法稀土變質(zhì)處理的熔煉工藝，并開發(fā)了鋼包底部安裝透氣塞吹入氬氣工藝，通過陶瓷透氣塞向鋼液中吹入氬氣凈化鋼液。吹氬凈化后鋼液中的夾雜物明顯減少，有利于改善高硼鑄鋼的強韌性能。 借助于光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡SEM、透射電鏡TEM、X衍射和Leica圖像分析儀等手段，研究了高硼鐵基系列耐磨合金的鑄態(tài)組織、熱處理后的組

4、織及合金元素對組織和性能的影響。 結(jié)果表明： ①低碳低硼系列合金的鑄態(tài)組織主要由兩部分組成：珠光體和鐵素體基體+魚骨狀的共晶硼化物和晶界分布的硼碳化合物。中碳、硼變系列合金鑄態(tài)組織受含硼量影響很大，隨著含硼量的增加，共晶硼化物和二次硼碳化合物的體積分數(shù)明顯增加。當硼含量超過2％時，鑄態(tài)組織中會出現(xiàn)(γ+Fe2B+Fe3(B，C))三元包晶組織，而硼含量對基體組織沒有影響；高碳高硼系列的合金鑄態(tài)組織除了有大量的共晶組織外，

5、還會出現(xiàn)(γ+Fe2B+Fe3(B，C))三元包晶組織，隨著含碳量增加，三元包晶組織有所增加。 ②在950～1100℃奧氏體化淬火+200℃回火后，合金的魚骨狀共晶硼化物和菊花狀的包晶組織變化不大，部分網(wǎng)狀二次硼碳化合物有斷網(wǎng)現(xiàn)象，基體組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。低碳低硼系列合金的基體主要由寬度約0.1～0.2μm的板條馬氏體組成，當奧氏體化溫度超過1050℃時，合金基體中會出現(xiàn)部分針狀馬氏體；中碳和高碳高硼系列合金的基體主要由混

6、合馬氏體組成。 ③含碳量和含硼量對高硼鐵基合金中硼化物和硼碳化合物體積分數(shù)的影響為：在硼量一定的情況下，碳含量的增加使硼碳化合物的體積分數(shù)增加，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，含碳量每增加0.1％，硼碳化合物的體積分數(shù)增加1％左右，說明碳量的變化對硼碳化合物的體積分數(shù)的影響比較??；在含碳量一定情況下，硼含量對硼碳化合物的體積分數(shù)有十分明顯的影響，呈y=7.078e0.822x指數(shù)曲線變化，其中y-硼碳化合物，x-含硼量。 ④X射線物相分析

7、結(jié)果表明：當高硼鐵基合金奧氏體化溫度超過1000℃時，合金內(nèi)部的二次Fe23(C，B)6相消失，有利于消除“硼脆”現(xiàn)象，提高合金的韌性。 借助于洛氏硬度試驗、一次擺錘沖擊試驗、斷裂韌性試驗、ML-10銷盤式和MLD-10沖擊磨損試驗，三個系列合金熱處理后的力學(xué)性能及耐磨性試驗結(jié)果為： ①低碳低硼系列合金的硬度低、沖擊韌性和斷裂韌性較高；中碳硼變化系列合金含硼量的變化對其熱處理后的宏觀硬度、沖擊韌性和斷裂韌性有明顯的影響；

8、高碳高硼系列合金隨著含碳量的增加，合金的硬度明顯增加，而碳量變化對合金的沖擊韌性的影響較小，高碳高硼系列的沖擊韌性在7.5～10 J/cm2范圍。 ②在二體磨粒磨損的條件下，無論低載荷還是高載荷，低碳低硼系列合金的磨損性能相對于高鉻鑄鐵要低；中碳硼變化系列合金當硼含量小于1.5％時，高硼鐵基合金的耐磨性與高鉻鑄鐵相當，當硼含量超過1.5％時，高硼鐵基合金的耐磨性明顯大于高鉻鑄鐵，含硼量越高，高硼鐵基合金的耐磨性越高；高碳高硼系列

9、合金的耐磨性都明顯的優(yōu)于高鉻鑄鐵，耐磨性最好的合金接近于高鉻鑄鐵的3倍。 ③在三體動載磨粒磨損的條件下，低碳低硼系列合金的三體磨粒磨損的耐磨性比高鉻鑄鐵稍好；中碳硼變化系列合金硼含量低于2.0％的高硼鐵基合金的耐磨性優(yōu)于高鉻鑄鐵，而硼含量大于2.0％的高硼鐵基合金的耐磨性比高鉻鑄鐵差；高碳高硼系列合金的三體磨粒磨損的耐磨性明顯低于高鉻鑄鐵，且隨著含碳量的增加，耐磨性下降。 低碳高硼鐵基合金在磨球機磨球上的工業(yè)應(yīng)用效果表明