自-硼对铬系白口铸铁组织与性能的影响

目录摘要IIbstractII第一章 文献综述111耐磨材料11.1.普通白口铸铁21.1.2铬系白口铸铁2.1硼白口铸铁31.材料的磨损性能5.2.磨损的类型1.2.2磨损失效的影响因素61.3硬度测试原理1.4硼对铬系耐磨铸铁影响的国内外研究现状8.5研究的目的意义及研究内容10第二章 实验过程112. 实验材料和设备2.2 实验过程12.1合金样品制备1.2.2硬度测试和组织观察13第三章实验结果与分析.1组织分析与讨论13.1.1含2(wt.%)Cr的铬系白口铸铁组织143.1.2含8(wt)Cr的铬系白口铸铁组织1.3含5（wt.)Cr的铬系白口铸铁组织6.性能分析17参考文献21致谢2硼对铬系白口铸铁组织与性能的影响摘要： 随着社会科技的飞速发展，人类对机械设备的要求也越来越来高,希望有更长的使用寿命以及更高的精度等。工业机械的失效形式中,磨损虽然一般不会产生灾难性的危害,但是,每年国内外因机械磨损造成的损失是相当大的。而且,随着各种资源的日益稀缺,研究开发成本低耐磨性好的材料，将是未来市场的主要需求方向。本课题采用合金化的方法，在铬系白口铸铁中加入比较廉价的硼元素，改变铬系白口铸铁的组织，达到提高其耐磨性的目的。利用正交分析法,将不同的硼和铬含量配比列入正交表，通过对合金化后的试样扫描电镜观察和硬度测试，分析硼对铬系白口铸铁组织和性能的影响。最后总结出:硼元素加入到铬系白口铸铁中,改变了组织中碳化物的类型，增加了碳化物的种类和含量,至于碳化物的具体类型，还需进一步的实验研究。关键词:,Cr,白口铸铁，硬度,碳化物Efect o Bon on th Structure ndPrpert o r-Alyd White CasronAbstrac： With the ra eepmnt of socilscince a tenlgy, uas dman fo mcaica uipnt i bcomng moranmr high opingeareitce to hve a onger service lif and hgher precionIn hindustrial machnry falue form, thwea is alho gneraly will ot have isastrous harm, howev, a oe ad abrad ch yar the lsauedby mechancal wearand ers nsidebl. And withall ins f rsourc areicringly scce, heearhad dvelpment of lowot godabrasin resisance maeral, eenthtrnof t Tim.Thitoi adpts e mtoaloyg i chrome htecast ron wit mo ceap roneement, cangngthe rome white ast iron ofthe trctur, to ahev the urpos imovngitabrs resistace. Adp teehd of oroonal analysis thod,eseachin th effect f theboron n chrome whicas ron，baed th ampl afer ally SEM observtio an dnes tet.Finally cncluo:borolemndded tothe chm wi cas iron， improesheabide cntent i he structure adprods a e carbide, an afor fic typef cbies, stilled frte studKy- wrds: B,Cr, white cat iron,hardess,rbe 第一章文献综述我们的生活工作中，材料的应用无处不在，小到文具、手机及各种装饰,大到汽车、工业建筑等。但是很多东西都是“一次性”的，就拿生活中最常见的公路来说，在常年的风吹雨打和各种交通工具的碾压下，它会从开始的平整光滑变得坑坑洼洼。因此,公路维修也是我们日常生活中常见的情景。我国虽然是个资源大国,但是也是一个资源使用大国。为了能节约能源，使材料循环利用是一种有效的手段，如果不能做到循环利用，就要尽可能延长材料的使用寿命。所以，我们有必要对生活中的材料进行研究，特别是其使用性能,根据材料的破坏失效形式,改善材料的各种性能。材料有三种主要的失效形式:断裂、腐蚀和磨损。断裂和腐蚀都容易引起灾难性的危害，而磨损虽然不会造成突发性灾害,但是磨损在经济上带来的损失是相当大的。根据有关的统计数据表明:失效的机械和零件中，大约有5%80%是金属的磨损损失造成的,供给机器正常运转的能量中大约会有30%50%消耗在机器的摩擦和磨损过程中。磨损失效后的零件不但会使机械设备无法正常工作,还需要耗费很多的人力、物力来进行维修,这是对资源的巨大浪费。由于磨损美国每年会造成大约1200亿美元的损失,德国大约是0亿马克的损失；根据20年我国的金属耐磨材料统计，每年大概会消耗500万吨以上的金属材料,其价值大约为50亿元以上。从中可见，金属磨损损耗是相当惊人的。在科学技术日益飞速发展的今天,对机械零件的要求也越来越严格,不再只是停留于耐用可靠,还要求更高的精密度。因此,对金属材料耐磨性的研究也越来越重要。1耐磨材料耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料,是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。耐磨材料种类繁多，用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。耐磨材料按使用性能分,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。耐磨材料在建材、火力发电和冶金矿山等工业领域的整个能量和经济成本消耗中占有相当大的比重。在矿物、水泥和煤粉等原材料的生产过程中都会因机器设备和零件的磨损必须更换。因此，系统研究和不断开发新的耐磨材料和抗磨技术具有很大的实际意义。目前耐磨材料主要有以下几大类：耐磨球、耐磨钢板、耐磨焊条、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡胶、耐磨管道、耐磨轴承、耐磨焊材、耐磨铸件、铸石、高分子等其它耐磨材料。应用于磨料磨损工况下的特种钢铁材料称为钢铁抗磨材料或耐磨材料。金属抗磨材料从普通白口铸铁、高锰钢,到镍硬铸铁、铬系白口铸铁、贝氏体耐磨铸铁、耐磨铸钢以及金属基表面复合材料、硬质合金,获得了长足发展。但目前应用最多、消耗最大的仍是耐磨铸铁和耐磨铸钢为主。耐磨钢系列：如高锰钢(ZG3)、髙锰合金(ZMn13Cr2Moe）、超髙锰合金(ZGMn8MoR）等;耐磨铸铁系列:高铬铸铁、中铬铸铁、低格铸铁、镍硬铸铁及高铬铸钢等品种。如 (如C15MoZCu)；耐磨合金钢系列:如中、低、高碳多元合金钢(如ZG40SMnCrMo和ZG35r2MoNie);1.1普通白口铸铁普通白口铸铁一般是指不含或者含有少量特殊合金元素的白口铸铁，白口铸铁中的碳以游离碳化物形式存在，断口呈现暗白色,晶粒粗大，有明显方向性。这是我国最早使用的抗磨材料,至今为止，在一些性能要求不高的耐磨件上仍有应用。生产中常用热处理的方法改善其性能,扩大应用范围。碳元素对普通白口铸铁的耐磨性起到了至关重要的作用,而且，一般含碳量越高，形成的渗碳体也越多,构成大量的莱氏体,因此其硬度越高，耐磨性也越好。但是，随着含碳量的提高,韧性也随着下降。普通白口铸铁由于其硬度高、韧性差、耐磨性比较差,不能承受冷热加工,尤其不能应用于冲击载荷高的条件下，所以不能广泛生产使用。但是由于白口铸铁有生产工艺简便、价格低廉的优点,可以节省原料节约成本而又能长久大规模生产。合金化在一定程度上能够改善白口铸铁的力学性能。向普通白口铸铁中添加少量合金元素,能够提高碳化物的显微硬度,强化金属基体,达到提高耐磨性的效果。许多研究实验也确实证明了，在白口铸铁中加入W、M、B等元素，可以提高普通白口铸铁的使用性能。1.1铬系白口铸铁许多年来，全世界的研究工作者对于铬在铸铁中的作用进行了大量的研究14，并且，在这些实验的基础上,研制开发出了适于各种工况的铬系白口铸铁。铬元素在白口铸铁中有两种作用：一是铬元素可以促进碳化物形成，改变碳化物的结构、形态和性能;二是铬元素会固溶于奥氏体中，从而改变了奥氏体的相变本质。目前，国内研究工作者主要致力于铬系白口铸铁的成分选择、热处理工艺确定、变质剂选择、磨损机理研究的领域。而国外的研究工作者主要致力于高铬铸铁的微观组织结构、耐磨机理及新制备工艺研究开发的研究，关于低铬铸铁和高铬铸铁的研究相对较少。根据铸铁中铬元素含量的不同,铬系铸铁可以分为三种:低铬铸铁、中铬铸铁、高铬铸铁。低铬铸铁中的铬含量在5以下,内部存在渗碳体型碳化物，而且，与普通的白口铸铁相比,C、Si含量稍低。低铬铸铁在热处理后,基体组织变为马氏体或者马氏体加索氏体。生产中,有的也会是珠光体基体,并且，上面会分布着网状(e,r）3C共晶碳化物，硬度也会发生变化，由40100HV提高到100023HV。低铬铸铁,最大的优点是成本低，但是,相应的耐磨性也会差一些。低铬铸铁可以用来制造球磨机的磨球、衬板等耐磨件,国内目前主要于制作磨球。中铬铸铁中的铬含量在410%,碳含量在2.327%之间,其内部一般为M73型和M3C型的混合碳化物,耐磨性和韧性一般高于低铬铸铁，低于高铬铸铁。中铬铸铁经水淬处理后,组织为马氏体奥氏体混合基体+碳化物,硬度大约为HC557。生产中。由于中铬铸铁的性价比不高,所以,在这个方向上的研究生产相对比较少。高铬铸铁的铬含量介于128%,碳的含量介于2.6之间。最初，在普通白口铸铁的基础上，发展起来镍硬铸铁;而后,大约在上个世纪0年代开始铬系白口铸铁的研究。在高铬白口铸铁中，铬使内部的M3C型碳化物转变成了具有更高硬度的M73型碳化物，因此，其耐磨性得到了提升。而且，与呈网状连续分布的M3C型碳化物相比，M7C3型碳化物基本上是以孤立的中空六角形存在，大大增强了基体的连续性，因而使整体材料的韧性显著提高。因此，高铬铸铁自出现以来,就被广泛认为是较为理想的耐磨材料。关于高铬铸铁的研究也相当多,包括组织、成分、热处理与性能、工艺控制等