新型耐磨钢的热处理工艺及耐磨性研究

作     者：闫哲 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明家

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：耐磨钢 成分优化 热处理工艺 力学性能 摩擦磨损 

摘      要：耐磨钢广泛应用于工程机械领域,高磨损和高冲击的工作环境要求所需材料拥有良好的耐磨性和塑韧性,能够提高安全性和经济性,延长工件的服役年限。本文在H13钢的基础上调整合金成分,设计出新成分的耐磨钢,选取0.35C5Cr和0.60C7Cr两种成分试验钢进行了相变点的测试、不同温度的淬火和回火处理试验,对H13钢进行1030℃淬火+550℃回火处理作为对比料。分析比较了三种材料淬火和回火处理后显微组织、力学性能和耐磨损性能,以得到综合性能优异的耐磨钢。两种试验钢淬火后均得到马氏体组织,选择0.35C5Cr钢0.60C7Cr钢分别进行970℃和1010℃淬火后继续回火试验。回火温度越高,0.35C5Cr钢和0.60C7Cr钢马氏体转变现象越明显,由回火马氏体逐渐向回火索氏体转变,碳化物析出长大现象明显。随着回火温度升高,两种试验钢的硬度均逐渐下降,抗拉强度降低,伸长率提高;在490℃硬度显著下降前,冲击吸收功一直高于H13钢550℃回火马氏体。磨损时间越长,H13钢的摩擦系数不断增大,0.35C5Cr钢和0.60C7Cr钢在不同回火温度的摩擦系数较稳定,但两种钢在各回火温度下的平均摩擦系数均小于H13钢。回火温度越高,两种试验钢的磨损量都逐渐增加,其中0.60C7Cr钢在250℃回火后的磨损失重量最少,与H13钢相同均为2.7 mg。在不同的回火温度下,磨损机制发生改变,0.35C5Cr钢由磨粒磨损为主逐渐过渡到以粘着磨损为主;0.60C7Cr钢在低于500℃回火时主要表现为磨粒磨损形貌,在高温时则主要为粘着磨损形貌,H13钢主要表现为粘着磨损形貌。0.60C7Cr钢在不同温度回火后碳化物的类型以CrC和CrC为主,而0.35C5Cr钢在不同温度回火后的碳化物以CrC为主,H13钢在550℃回火态以CrC碳化物为主,并均有少量的MC碳化物。综上所述,0.60C7Cr钢在500℃以下回火时耐磨损性能较好,并且具有较高的韧性,综合性能良好;虽然其他两种钢的耐磨性优于0.35C5Cr钢,但是0.35C5Cr钢的冲击吸收功最小也能达到20 J,韧性优于0.60C7Cr钢和H13钢。研究结果对磨具钢的耐磨性与冲击韧性的良好匹配与合理控制具有参考价值。