系列工程机械用钢组织性能及磨损行为研究

作     者：贾晔 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王昭东;邓想涛

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：在线工艺 高强钢 耐磨钢 微观组织 硬度 磨损行为 

摘      要：近些年,低合金耐磨钢得到了快速发展,我国已基本具有生产全系列级别低合金耐磨钢的能力,但仍可对耐磨钢的成分和生产工艺进行优化,提升低合金耐磨钢的性能,扩大其应用领域,逐渐取代传统耐磨材料和部分高强结构用钢。目前,国内生产低合金耐磨钢采用调质工艺,这种工艺能源损耗大、成本高且生产周期长。本文对比研究在线工艺和离线工艺NM400的组织、力学性能及磨损性能,为在线生产NM400提供理论基础。对比研究系列高强钢和系列耐磨钢磨损性能和磨损机理,为某些工况下低合金耐磨钢代替高强结构钢提供数据参考。主要研究结果如下:(1)在线和离线两种工艺下的NM400维氏硬度均达到了 430HV以上,在线工艺生产的NM400的晶粒为压扁状,晶粒内马氏体板条束内的板条长且细小、大致呈平行排列,部分原奥氏体晶粒内部包含2～3个不同取向的马氏体束,在马氏体板条间分布着大量细小棒状碳化物。在线工艺实验钢的抗拉强度比离线工艺高出近100MPa;四分之一冲击试样,在线工艺的冲击功平均高出2J。(2)以Q345为对比标准,两种工艺实验钢均表现出优异的磨损性能,但是在线工艺实验钢搅拌磨损条件下的耐磨性明显高于离线工艺,约为其1.189倍。此工况下,两者的磨损机制均为梨沟切削为主伴随着疲劳剥落。(3)不同微观组织的磨损行为研究发现,相对耐磨性与硬度关系曲线以组织为界限以三种不同的斜率呈现上升趋势,在硬度150HV～200HV时,其基体组织为珠光体/铁素体组织,相对耐磨性上升斜率最平缓,在硬度值超过200HV左右,基体组织变为铁素体/粒状贝氏体,实验钢的相对耐磨性的上升斜率增大,当曲线进入马氏体组织区域时,相对耐磨性随硬度上升斜率最大,并且得出,基体组织与相对耐磨性的变化规律斜率为:马氏体贝氏体珠光体/铁素体。(4)硬度对材料磨损性能的影响研究表明,在硬度400HV左右时,马氏体耐磨钢磨损行为以梨沟切削显著,塑变疲劳表现为减少趋势。硬度达到450以上时,磨损表面发生塑性变形的材料明显变少,而浅梨沟痕迹占据整个磨损表面。从相对耐磨性与硬度的关系曲线中发现,耐磨钢马氏体组织是以一定斜率上升,这也验证了第四章中的马氏体组织硬度与相对耐磨性的上升变化规律,并且在与高强钢对比时也发现,相同硬度条件下的,不同化学成分的马氏体组织所表现的变化趋势也存在一定的差异。