碳化铬耐磨材料制备及摩擦学性能探究.doc

碳化铬耐磨材料制备及摩擦学性能探究[摘 要] 利用高温烧结工艺制备高碳化铬耐磨钢复合材料，利用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪，分析碳化铬耐磨钢的组织及物相结构，并进行硬度测试。采用环块摩擦磨损试验机，考察干摩擦条件下，碳化铬耐磨钢铸件的摩擦磨损性能。实验结果表明，高碳化铬耐磨钢的物相组成主要为Cr7C3、Cr3C2和α-Fe三种物相，其组织结构为针状或条状结构。在1300°C加热60分钟保温10分钟条件下得到的试样，平均硬度值较高，有较好的力学性能。磨损率较低，整体摩擦系数较高，表现出良好的耐磨性能 [关键词] 碳化铬 耐磨铸钢 组织结构 摩擦磨损性能 前言 磨损是工程构件的主要破坏方式之一， 同时也是机械零件失效的三种主要原因(磨损、腐蚀、疲劳)之一，各种机械零件的磨损所造成的能源和材料的消耗是惊人的。高锰钢和耐磨铸铁作为耐磨材料被广泛应用。近年来，高锰钢在理论研究和实际应用方面日益得到重视。有许多学者在超高锰钢成分设计、生产制造等方面做了大量工作，既提高了高锰钢的加工硬化能力、耐磨性以及制造加工性能外，又将高锰钢的应用领域拓展到高强度高塑性钢领域[1] 不断开发性能更好的耐磨材料，以提高生产效率，降低生产成本，节约资源和能源，这具有十分重要的意义 中碳低合金耐磨铸铸钢由于合金元素含量较低，具有高硬度、高耐磨和良好的韧性配合，工艺简单，成本低廉，获得了广泛应用，成为近年来发展的热点在各种形式的合金铸钢的成份中，碳是影响衬板材料力学性能，如硬度、冲击韧性的主要元素；铬则是合金耐磨铸钢常用的主要合金元素，但我国铬资源比较短缺，因此本文研制碳铬系合金铸钢，探讨碳铬含量对试验钢力学性能(硬度、冲击韧性)及耐磨性的影响。由于通过控制化学成份和适当的热处理得到马氏体或马氏体―贝氏体组织，具有良好的耐磨性 1 实验方法和内容 1.1 试验过程简图 1.2 实验材料制备 1.2.1 成分设计 实验以美国SAS公司的高性能SA1750CR碳化铬耐磨钢为设计依据，耐磨钢的元素含量设计为：Cr：45%、C：6.5%、Mn：1.5%，余量为Fe。由于耐磨钢中的Cr是以碳化铬形式存在硬质强化相，固实验选用Cr3C2粉末、纯Fe粉和Fe-Mn合金粉为原料，按照复合粉体的混合比例，设计其配比为Cr3C2：51.92wt%、纯Fe粉：46.08wt%、Fe-Mn粉：2wt%。实验采用球磨法混料12h，干燥后备用 1.2.2 耐磨钢的制备 加热炉为SX3-6-14快速升温电阻炉，最高温度1400°C。实验时预设定好最高加热温度和保温时间，实验完成后随炉冷却至室温 1.3硬度测试 1.3.1 洛氏硬度测试 实验采用时代TH300硬度计洛氏硬度计和数字自动转塔LCD显微维氏硬度计，测试不同条件下试样的硬度值并进行对比，研究不同条件对材料的硬度的影响，试样与金相试样相同。测试条件为150kN，保压3秒，每组试样测六次，最后求硬度平均值 1.3.2 维氏硬度测试(HV) 采用HXD-1000TM/LCD数字式显微硬度计测定维氏硬度。以一定的试验力，将两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石压头压抛光处理后的试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度，用压痕单位面积承受的试验力表示维氏硬度值。本次试验选择了不同的试验力进行测定，以0.3mm/s的加载速度施加载荷，保持试验力20s，同一试样上测试压痕点数6个。显微硬度值按下列公式进行计算： HV= 式中：HV为维氏硬度值(N/mm2)，F为试验力(N)，d为压痕两对角线的平均值(mm)，α为金刚石压头相对面夹角(136°) 1.4金相组织观察 本实验采用OLYMPUS GX51金相显微镜，观察耐磨铸钢试样的金相组织，研究组织和性能之间的关系。金相试样制备：取样*人工研磨水冲洗*抛光*水冲洗*酒精棉球清洗*烘干*浸蚀*水冲洗*酒精棉球清洗*烘干*观察。用金相显微镜采集系统观察至清晰的组织并照相分析。浸蚀剂：4%的硝酸酒精，浸蚀时间：10s左右 1.5 XRD衍射成分分析 X射线衍射仪主要用于材料相结构分析。所用仪器为日本理学(Rigaku)公司D/Max-3B型X射线衍射仪。利用Origin70软件和MDI jade软件对衍射结果进行处理分析 1.6摩擦磨损试验 实验仪器为M2000型磨损试验机。实验条件：转速(r)：200r/min摩擦用钢环直径(D)为40mm，载荷(F)为200N，每个试样实验时间(t)为60min。实验主要是将不同条件下制备的试样在试验机上进行摩擦磨损试验，试样尺寸规格：10×10×20mm试样表面应打磨的较平整并将要进行试验的一面抛光。试验前