中鉻合金襯板

下載文檔收藏襯板用中鉻合金鋼襯板用中鉻合金鋼20010 212af383d4d8d1的研制EquipmentManufactringTechnologyNo.11，2008襯板用中鉻合金鋼的研制歐德群，王春偉，曾慶生，王佑軍，吳壽寬，星劉（廣西大學(xué)機械工程學(xué)院，廣西南寧530004）摘要：根據(jù)球磨機襯板材質(zhì)的要求，進行中銘合金的研制。采用多元合金化的成分設(shè)計方法通過適當(dāng)提高的研制。采用多元合金化的成分設(shè)計方法通過適當(dāng)提高C、含量，r優(yōu)選多元合金元素的加入量，增加鋼組織中碳化物量，獲得點球狀或短桿狀碳化物形狀。再經(jīng)過降溫淬火和利用鑄造余熱等溫淬火對比試驗，優(yōu)選鋼的熱處理工藝參數(shù)，提高鋼的沖擊韌性。該鋼金相的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物，具有高硬度、高韌性、高強度的特點，可用作濕式或干式球磨機襯板。關(guān)鍵詞：襯板；中銘合金鋼；降溫淬火；利用鑄造余熱等溫淬火中圖分類號:TG144文獻標(biāo)識碼:A文章編號：1672-545X（2008）0018-0311-濕式球磨機襯板長期處于堿性或酸性液體介質(zhì)中工作，礦石的沖擊、磨損和介質(zhì)的腐蝕。失效形式主同時受到磨球、要是磨損、腐蝕和斷裂。為保證襯板的使用壽命，襯板材質(zhì)應(yīng)具備合理的力學(xué)性能匹配，即具有高強度、高韌性和高硬度，同時還應(yīng)具有一定的抗腐蝕能力。目前，國內(nèi)常用的球磨機襯使用后其殘體表面硬度只有HB260?350，板材料是ZGMn13，沖擊硬化特性未能充分發(fā)揮，耐磨性較差，壽命較短。同時，高錳鋼塑變抗力較低，襯板在使用過程中往往容易變形，造成襯為解決高錳鋼襯板在使用板之間相互咬合，使維修拆卸困難。中存在問題，提高襯板使用壽命，近年來我們研制開發(fā)了低合〔金鋼襯板1〕，經(jīng)工廠生產(chǎn)試用，效果良好。但是，由于低合金鋼分篩選試驗的基礎(chǔ)上，確定試驗鋼的化學(xué)成分如表1。表1化學(xué)元素C中銘合金耐磨鋼化學(xué)成分CrMnSiMoBWt.%RE微量Ti微量V微量設(shè)計成分0.50?0.73.5?4.50.8?1.81.2?1.80.4?0.8微量2試驗內(nèi)容和研究方法試驗鋼按成分設(shè)計配料后，采用15kg中頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度達1550°C，經(jīng)最終脫氧后出爐，澆注溫度為1450°C。試樣采用頂注法澆注成11mmX11mmX55mm和準(zhǔn)14mmX160mm試樣，然后磨削成10mmX10mmX55mm無缺口沖擊試樣和準(zhǔn)13mmX160mm抗彎強度試樣。顯微組織試樣和硬度試樣，均從沖擊試樣或抗彎強度試樣上截取。在擺錘式?jīng)_擊試驗機、材料強度試驗機和洛氏硬度計上分別進行沖擊韌性、抗彎強度和硬度實驗。采用日立S-570掃描電鏡觀察分析金相組織。2.1奧氏體化溫度試驗為掌握奧氏體化溫度對試驗鋼的晶粒度、硬度、沖擊韌抗彎強度等的影響，進行奧氏體化溫度選擇試驗，以確定性、試驗鋼合適的奧氏體化溫度。試驗工藝如圖1所示。將沖擊韌奧氏體化溫度（C）主要組織是馬氏體和少量碳化物，耐磨性尚有待提高，而且，球磨機襯板極易在使用后期出現(xiàn)斷裂失效現(xiàn)象，使用壽命仍得不到顯著的提高。根據(jù)以上存在的問題，我們進行了襯板用中鉻合金耐磨鋼的研制。該試驗通過適當(dāng)提高C、含量，Cr優(yōu)選合金元素的加入量，增加鋼組織中碳化物量，獲得點球狀或短桿狀碳化物為提高鋼的沖擊韌性，試驗中經(jīng)過熱處理工藝的形態(tài)。同時，選擇，使鋼獲得馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+碳化物組織，從而使該鋼材具有優(yōu)良的綜合機械性能，提高了耐磨性和使用壽命。1試驗鋼化學(xué)成分的選擇102097030min30min40min30min本試驗以MnSiCrMo系鋼為基礎(chǔ)，采用少量、多元綜合合金化的成分設(shè)計方法，通過加入碳化物形成元素Cr、Mn、Mo、〔B和非碳化物形成元素Si，發(fā)揮多元合金元素的綜合作用2?5〕，920850第第2組風(fēng)冷4組第3組第1組出爐使鋼能在空氣中淬硬，獲得馬氏體+貝氏體+碳化物組織，有效地提高鋼的淬透性，在保證鋼的主要化學(xué)成分合適的基礎(chǔ)上，再添加微量元素進行微合金化，不顯著增加成本卻可以明顯地細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性和耐磨性。根據(jù)合金元素的作用和襯板的使用條件，以及在多次成加熱保溫時間（h）圖1奧氏體化溫試驗工藝性和抗彎強度試樣各分為4組，每組5個試樣，試驗后進行機械性能試驗。經(jīng)過比較不同奧氏體化溫度對機械性能的影響收稿日期：2008-08-13作者簡介：歐德群（1956一，廣東清遠人，）男，副教授，主要從事耐磨、耐熱材料的研究。18《裝備制造技術(shù)》2008年第11期后（詳見本文3試驗結(jié)果與分析）確定試驗鋼合適的奧氏體，化溫度為1020°C。2.2降溫淬火和回火溫度試驗根據(jù)奧氏體化溫度試驗確定的奧氏體化溫度1020C，先降溫淬火工藝如進行降溫淬火處理，然后進行回火溫度試驗。圖2所示。淬火加熱先升溫至1020C，保溫30mim，以促進奧氏體均勻化，使合金碳化物溶解于基體內(nèi)，提高試驗鋼的淬透性；為防止試驗鋼晶粒粗大，避免淬火應(yīng)力過大，產(chǎn)生淬火裂紋，再將試樣隨爐冷至920C保溫30mim。在此過程中溶解于基體中的碳化物以點球狀或短桿狀析出，提高了試驗鋼的硬將經(jīng)過度和沖擊韌性。隨后出爐風(fēng)冷。回火工藝如圖3所示，降溫淬火后的沖擊韌性和抗彎強度試樣各分為5組，每組5個試樣，回火后進行機械性能試驗。經(jīng)比較不同回火溫度對機械性能的影響后，確定試驗鋼合適的回火溫度。淬火溫度（C）30min102097092085030min30min40038036033028025030min30min開始保溫30min第1組30min第2組30min第3組30min第4組風(fēng)第5組冷第6組保溫時間（h）950能在927?1343C范圍內(nèi)直接與熱源接觸長期使用，導(dǎo)熱率低，隔熱性能好，具有很好的抗熱震性（溫度急變）和抗機械震動性。開箱溫度選擇為850C，900C，950C,1020C。通過試驗最終選擇950C進行開箱，在此溫度開箱得到的組織比較細(xì)小，試樣的綜合機械性能較好。保溫溫度選擇試驗工藝如圖4所示。將試樣分為6組，每組5個試樣，每組在規(guī)定的保溫溫度下放進保溫介質(zhì)中，保溫30min后取出空冷至室溫，進行機械性能試驗。保溫溫度（C）開箱出爐風(fēng)冷圖4保溫溫度試驗工藝在試驗中，開箱溫度和保溫溫度的測量采用經(jīng)過標(biāo)定校驗的熱電偶插入鑄型內(nèi)進行。在生產(chǎn)中為了便于操作，預(yù)先測量某一鑄件（襯板）自澆注后冷卻至開箱溫度和保溫溫度的時間，在利用鑄造余熱等溫淬火過程中，只要根據(jù)冷卻時間即可判斷出鑄件的開箱溫度和保溫溫度，從而進行開箱冷卻和等溫淬火。加熱保溫時間（h）圖2回火前降溫淬火處理工藝回火溫度（C）48043038033028030min30min30min40min第30min第1組第2組冷風(fēng)出爐3組第4組第5組3試驗結(jié)果與分析3.1奧氏體化加熱溫度對晶粒度的影響用淬硬法測定試驗鋼在不同奧氏體化溫度下的晶粒度見表2。表2中銘合金耐磨鋼奧氏體的晶粒度850992089701020加熱保溫時間（h）圖3回火試驗工藝2.3利用鑄造余熱等溫淬火試驗該試驗直接利用鑄造余熱，將澆注后冷卻至奧氏體結(jié)晶完成溫度的試樣，從鑄型中取出快冷至下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)進行保溫，進行下貝氏體轉(zhuǎn)變，使試驗鋼獲得下貝體組織，從而提高試驗鋼的沖擊韌性、節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率。首先澆注試樣，當(dāng)試樣在鑄型內(nèi)結(jié)晶凝固并冷卻至奧氏體結(jié)晶完成溫度時開箱，將試樣在空氣中快速冷至略高于等溫淬火溫度后，放入導(dǎo)熱率低、隔熱性能好的介質(zhì)中保溫緩冷一段時間，使試驗鋼獲得下貝氏體組織，再將試樣從保溫介質(zhì)中取出冷至室溫。因此，試驗主要進行保溫介質(zhì)、開箱溫度和保溫溫度的選擇。等溫淬火過程，必須滿足鑄件打箱后高溫快冷和低溫慢冷的要求。高溫快冷主要是避免試驗鋼產(chǎn)生珠光體型組織，這可以在開箱后空冷或風(fēng)冷實現(xiàn);低溫慢冷的目的，是使試驗鋼在下貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)有足夠的時間進行下貝氏體轉(zhuǎn)變，以形成下貝氏體組織。因此，必須選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫性能好的保溫介質(zhì)，才能在連續(xù)冷卻時模擬等溫淬火過程完成下貝氏體我們選擇了硅酸鋁耐火纖維材料，這種材料轉(zhuǎn)變。根據(jù)要求，奧氏體化溫度(°C)晶粒度等級88?7結(jié)果表明，試驗鋼的奧氏體晶粒隨溫度升高而長大的傾向很小，加熱至970?1020C時，晶粒度仍很小，可見試驗鋼中加入的微合金化元素Ti、RE細(xì)化晶粒作用明顯。V、3.2奧氏體化溫度對試驗鋼性能的影響奧氏體化溫度對試驗鋼機械性能的影響如圖5示。試驗鋼的硬度隨著奧氏體化溫度的升高逐漸增高，到了920C硬度值沖擊韌性隨奧氏體化溫度的增加緩慢，并保持在HRC62附近。升高先降后升，950C是轉(zhuǎn)折點，溫度升至1020C時，沖擊韌性達到最大值?？箯潖姸入S奧氏體化溫度的變化類似于沖擊韌性。當(dāng)奧氏體化溫度(850C)較低時，試驗鋼組織中存在較多的鐵素體，合金碳化物以團塊狀分布在晶界，因而試驗鋼的硬度較低，沖擊韌性和抗彎強度較高。隨著奧氏體化溫度的升高，試驗鋼中鐵素體逐漸消失，馬氏體隨之增多，硬度逐漸升高，沖擊韌性逐漸降低。當(dāng)溫度升高至950C以上，分布在晶界中的合金碳化物逐漸溶解于晶粒內(nèi)，促使奧氏體成分均勻化，多元合19EquipmentManufactringTechnologyNo.11，2008金元素的綜合作用得以發(fā)揮，提高了試驗鋼的淬透性，因而，沖擊韌性和抗彎強度逐漸升高，硬度保持在較高的值。當(dāng)奧氏體化溫度達到1020C，試驗鋼的綜合機械性能較好。硬度25沖擊韌性(J/cm2)2015105沖擊韌性抗彎強度有隨保溫溫度升高而降低的趨勢。當(dāng)開箱溫度為9500C,保溫溫度為280C?330C時，試驗鋼具有較高的綜合機械性能，但比按1020C降溫淬火加330C回火處理的試驗鋼的機械性能稍低。相應(yīng)的金相組織見圖9。由圖可見試驗鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。30651600硬度(HRC)抗彎強度(MPa)60555045140012001000800沖擊韌性25沖擊韌性(J/cm2)硬度2015105250280330360380400保溫溫度(C)90085080075065950抗彎強度850920970淬火溫度(C)1020抗彎強度555045圖5奧氏體化溫度對試驗鋼機械性能的影響3.3回火溫度對試驗鋼性能的影響回火溫度對試驗鋼機械性能的影響如圖6示。試驗鋼的硬度沒有隨回火溫度的升高而降低，回火溫度達480C時，硬度仍保持在HRC58左右，可見試驗鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定但性。沖擊韌性在330C回火時達到最大值，隨后逐漸下降，低于430C回火沒有出現(xiàn)明顯的回火脆性。可見試驗鋼的回火脆性比較小。當(dāng)回火溫度低于430C時，抗彎強度在1650?1800MPa波動，高于430C回火時，抗彎強度逐漸升高。由圖6見，1020C降溫淬火，經(jīng)再經(jīng)330C用中鉻合金耐磨鋼的研制鋼具有良好的綜合機械性能。相應(yīng)的金相組織見圖7。由圖可見試驗鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物。圖8利用鑄造余熱等溫淬火的保溫溫度對機械性能的影響35沖擊韌性沖擊韌性(J/cm2)抗彎強度252015280330380430回火溫度(°C)480硬度30706560555022002000180016001400圖9)(MPa抗彎強度利用鑄造余熱等溫淬火金相組織400X)(HRC硬度由于利用鑄造余熱等溫淬火處理的試驗鋼沒有經(jīng)過再加熱處理，而是直接開箱空冷至保溫溫度，放進保溫介質(zhì)中保試驗鋼晶界間存在斷網(wǎng)狀或塊狀碳化物，使沖擊韌溫。因而，性、抗彎強度下降，而硬度較高。實際上，試驗鋼在保溫介質(zhì)中并不是等溫，而是緩慢冷卻，若冷卻速度大了，在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)獲得貝氏體的量就少，這樣，試驗鋼的沖擊韌性得不到顯著的提高。圖6回火溫度對試驗鋼機械性能的影響4結(jié)論(1)由于多元合金元素的綜合作用，試驗鋼具有晶粒細(xì)小、淬透性好、綜合機械性能良好的特點。(2)經(jīng)1020C降溫淬火，再經(jīng)330C回火的試驗鋼的組織為馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物，試驗鋼的機械性能：HRC=58?60、沖擊韌性ak=20?30J/cm2、抗彎強度ow=1600?1800MPa。 (3)利用鑄造余熱進行等溫淬火熱處理不但可以使試驗圖7回火金相組織400X鋼獲得馬氏體+貝氏體+殘余奧氏體+碳化物組織，而且可以節(jié)約能源，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。當(dāng)開箱溫度為9500C，保溫溫度在280?330C時，試驗鋼的機械性能：HRC=59?63、沖擊韌性ak=15?24J/cm2、抗彎強度。w=850?920MPa，比按1020C降溫淬火加330C回火處理的試驗鋼的機械性能稍低。(4)中銘合金耐磨鋼可用作球磨機襯板材料。生產(chǎn)中根據(jù)3.4利用鑄造余熱等溫淬火的保溫溫度對機械性能的影響利用鑄造余熱等溫淬火的保溫溫度對機械性能的影響如圖8所示。在較低溫度保溫時，沖擊韌性隨保溫溫度的升高而增加，保溫溫度為330C時達到最大值。試驗鋼的硬度比較高，保持在HRC59?63之間，保溫溫度對硬度值的影響不大。(下轉(zhuǎn)第27頁)20)(MPa抗彎強度硬度(HRC)60《裝備制造技術(shù)》2008年第11期參考文獻：［3］孫寶玉，壓電驅(qū)動超精密定位工作臺的研究［J］.機械設(shè)計與研等.163.究，2001,(8)：周兆英.柔性鉸鏈的計算和分析［J］.機械設(shè)計與研究，［4］吳鷹飛，120.2002,(6)：［1］王建林，壓電陶瓷用于納米定位系統(tǒng)的研究［J］.航空精密制造等.89.技術(shù)，1997,(10)：［2］曹堅，基于壓電陶瓷的二維微動工作臺有限元分析［M］.機床等.與液壓，2003,(12)： 158.BasedonthePiezoelectricCeramicMicro-drivePlatformControlTechnologyWANGMin(CollegeofEngineering,JimeiUniversity，XiamenFujian361021，China)Abstract:piezoelectricceramicdriveinrecentyearsdevelopedanewtypeofmicro-displacementcontroldevices,theuseofpiezoelectricceramicinversepiezoelectriceffectaccordinglytoproducethestressandstrain,youcandrivetwo-dimensionalflexiblehingefrettingagenciestoachievemicro-displacement,Achievetwo-dimensionalpositioning.Byanalyzingthebasictheoryofpiezoelectricceramicandnon-linearfeaturesandcompensationmeasurestodriveoutthedirectpiezoelectricceramicmicro-drivecontroltechnologyplatform.Keywords:piezoelectricceramicdrive;non-linearcharacteristics;frettingplatform( 上接第20頁)襯板使用的工況和材質(zhì)要求的不同以及工廠的實際生產(chǎn)條件，可選用利用鑄造余熱等溫淬火工藝或降溫淬火+回火工藝進行熱處理。參考文獻：［1］歐德群.中碳低合金耐磨鋼襯板 與應(yīng)用［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1994，) (1:56—60.［2］李隆盛.鑄鋼及其熔煉［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1981.［3］謝敬佩，等.耐磨鑄鋼及其熔煉［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.［4］本溪鋼鐵公司第一煉鐵廠.硼鋼［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1977.冶金工業(yè)出版社，1982.［5］余宗森.鋼中稀土［M］.北京：TheDevelopmentofMediumCrAlloyedSteelUsedforLinerBoardOUDe-qun，WANGChun-wei，ZENGQing-sheng，WANGYou-jun，Shou-kuan，XingWULIU(CollegeofMechanicalEngineering，GuangxiUniversity,Nanning530004，China)Abstract:Basedonrequirementforthematerialofballmilllinerboard,developedmediumCralloyedsteel.adoptthec