硼元素對(duì)鉻系白口鑄鐵組織與性能影響的研究.pdf

1、鉻系白口鑄鐵具有較好的硬度及耐磨性，被廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、火力發(fā)電等行業(yè)。近年來(lái)對(duì)耐磨材料的要求越來(lái)越高，但鉻系白口鑄鐵在使用時(shí)仍有可能出現(xiàn)斷裂、破碎等不可靠、不安全現(xiàn)象，使其推廣受到較大限制。本論文從進(jìn)一步提高性能的角度出發(fā)，在鉻系白口鑄鐵中加入硼元素，研究了以碳硼化合物和硼化物作為硬質(zhì)相的含硼鉻系白口鑄鐵材料。
　　將鉻系耐磨鑄鐵分為低鉻(Cr=2％)，中鉻(Cr=8%)，高鉻(Cr=15%)鑄鐵三個(gè)系列進(jìn)行試驗(yàn)，硼的加入量

2、(wt.%，質(zhì)量百分比，下同)分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5%。借助掃描電鏡、能譜儀、電子探針和X射線衍射儀等手段，對(duì)合金的鑄態(tài)凝固組織與性能、不同熱處理工藝下的組織與性能以及鑄態(tài)下合金的耐磨性能和磨損機(jī)理進(jìn)行了研究，以此分析了硼元素對(duì)鉻系白口鑄鐵的組織和性能的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硼促使M3(C,B)、M7(C,B)3、M2B、M23(C,B)6及馬氏體的形成，且其數(shù)量隨著硼含量的增加而增加。隨著硼含量的增加，

3、合金共晶點(diǎn)左移，導(dǎo)致亞共晶成分的合金轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)共晶合金。當(dāng)?shù)豌t和中鉻硼系白口鑄鐵中硼含量達(dá)到2.0%時(shí)，組織中初生相由枝晶狀基體轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅蔚腗3(C,B)，高鉻硼系白口鑄鐵發(fā)生此轉(zhuǎn)變所需硼含量超過(guò)2.0%但小于2.5%。由于硼元素促使合金組織的這些改變，鉻系白口鑄鐵的硬度提高。當(dāng)含硼量達(dá)到2.5%時(shí)，低鉻白口鑄鐵硬度達(dá)到最大值；當(dāng)含硼量達(dá)到1.0%時(shí)，中鉻和高鉻白口鑄鐵硬度達(dá)到最大值?？梢?jiàn)，合金硬度不僅取決于硼化物及硼碳化物的種類和總量

4、，而且與不同碳硼化合物的形態(tài)分布緊密相關(guān)。
　　熱處理后，低鉻與中鉻硼系白口鑄鐵的硬度較鑄態(tài)增加，但高鉻硼系白口鑄鐵的硬度較鑄態(tài)降低，而且?jiàn)W氏體化溫度對(duì)合金組織與性能的影響較明顯。經(jīng)過(guò)熱處理后，組織中會(huì)出現(xiàn)共晶碳硼化合物細(xì)化或是溶解、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞等現(xiàn)象。隨著奧氏體化溫度的增加，低鉻硼系白口鑄鐵試樣的硬度降低，中鉻和高鉻硼系白口鑄鐵的硬度增加。低鉻硼系白口鑄鐵經(jīng)950℃保溫淬火后的硬度最高；中鉻硼系白口鑄鐵經(jīng)1050℃保溫淬火后的

5、硬度最高。
　　通過(guò)對(duì)含硼鉻系白口鑄鐵鑄態(tài)試樣的表面磨損形貌分析，含硼鉻系白口鑄鐵的磨損機(jī)制主要有磨粒磨損、粘著磨損、氧化磨損和剝落磨損。一般來(lái)說(shuō)，合金表面的摩擦系數(shù)越小，耐磨性越好。隨著硼含量的增加，低鉻硼系合金的摩擦系數(shù)一直降低，中鉻和高鉻硼系合金的摩擦系數(shù)先降低后增加。顯然，摩擦系數(shù)的變化與合金硬度的變化剛好相反。低鉻硼系合金表面的犁溝由寬而深轉(zhuǎn)變?yōu)檎鴾\，中鉻和高鉻硼系合金表面的犁溝由由寬而深轉(zhuǎn)變?yōu)檎鴾\會(huì)再變寬而深。因此