ZG70Cr2MnNiSi中碳中合金钢的稀土微合金化及组织性能研究

摘要

本文研制了ZG70Cr2MnNiSi钢，它是新型中碳中合金耐磨钢。首先测定了该钢的相变点，绘制了该钢的连续冷却转变曲线。在此基础上，选择Sr-Si-Fe和RE-Ca-Ba两种合金，对ZG70Cr2MnNiSi钢进行变质处理。然后对3种成分的铸钢，按照拟定的退火、淬火工艺处理后，选择4组回火工艺进行回火处理。利用XRD、SEM、TEM等手段，表征了试样的组织特征。测试了试验钢的硬度和拉伸性能，测试了试验钢的磨粒磨损性能，分析了回火工艺对 ZG70Cr2MnNiSi钢组织与性能的影响，分析了稀土对ZG70Cr2MnNiSi钢微合金化的影响。从而为中碳中合金钢的深入研究和推广应用提供依据。实验结论如下：由于溶入奥氏体的合金元素较多，试验钢的CCT曲线里，珠光体和贝氏体转变区域比较靠右。当冷速小于0.15℃/s时，转变产物为铁素体、珠光体和贝氏体；当冷速达到和超过0.5℃/s时，转变产物为马氏体。试验钢860℃淬火得到板条状马氏体+残余奥氏体+碳化物的金相组织。经860℃×2h空淬+590℃×2h回火，试验钢的组织为回火索氏体，硬度值为44.83HRC，抗拉强度为1285.35MPa，下屈服强度为1188.99MPa，综合机械性能良好，能够适应对强度和韧性都有要求的工况条件。扫描电镜观察表明，铁素体基体上分布有碳化物颗粒。随着回火温度的升高，碳化物尺寸减小，合金碳化物的弥散程度增大。Sr-Si-Fe和 RE-Ca-Ba变质处理都起到了较好的作用，其中 Sr-Si-Fe的作用更好。经Sr-Si-Fe变质处理后，试验钢的抗拉强度和下屈服强度都提高约50 MPa，断面收缩率和断后伸长率亦有不同程度的提高，相对磨损量较变质前减少了10％。XRD分析表明，添加稀土没有改变回火态试样的物相组成，其中碳化物包括 M2C、M3C、M7C3。断口形貌分析表明，变质处理提高了试验钢的韧性，断裂机制由准解理转变为韧窝和撕裂棱混合型断裂。经复合变质处理后， ZG70Cr2MnNiSi钢的组织均匀，晶粒细小，强度和韧性都有所提高。这是因为稀土的加入，有利于马氏体形成高密度位错，有利于碳化物在板条马氏体内大量弥散析出，并且板条马氏体之间存在残余奥氏体。

目录

第1章 绪论

1.1课题研究的目的与意义

1.2国外耐磨钢的研究现状

1.3国内耐磨钢的研究现状

1.4材料的磨损失效及磨料磨损机理

1.5低中合金耐磨钢的组织控制及性能特征

1.6本课题的研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试验设备

2.3试验方法

第3章 ZG70Cr2MnNiSi钢CCT曲线及相变组织的研究

3.1概述

3.2 ZG70Cr2MnNiSi钢的CCT曲线及相变组织

3.3本章小结

第4章 热处理工艺对ZG70Cr2MnNiSi钢组织性能的影响

4.1概述

4.2回火工艺对ZG70Cr2MnNiSi钢组织与性能的影响

4.3本章小结

第5章 变质处理对ZG70Cr2MnNiSi钢组织与性能的影响

5.1概述

5.2变质前后ZG70Cr2MnNiSi钢的力学性能对比

5.3变质前后ZG70Cr2MnNiSi钢的物相衍射分析

5.4变质前后ZG70Cr2MnNiSi钢的组织分析

5.5变质前后ZG70Cr2MnNiSi钢的断口形貌分析

5.6稀土处理后ZG70Cr2MnNiSi钢回火态的微观组织

5.7变质前后ZG70Cr2MnNiSi钢的耐磨性能与磨面分析

5.8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