镍含量对高铬铸铁组织结构及耐热性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、高温抗氧化试验以及高温热疲劳试验等研究了3种镍含量不同(0.65%、1.5%和3.05%)的高铬铸铁组织结构以及耐热性能。结果表明:3种高铬铸铁的物相均为奥氏体、马氏体和(Cr,Fe)_(7)C_(3)碳化物,镍含量的增加使得奥氏体含量增加,马氏体含量减少。高铬铸铁组织结构均由先共晶树枝晶以及枝晶间的共晶组织构成,镍含量的增加使得树枝晶粗化,共晶组织得到了细化。在高温抗氧化试验中,随着镍含量的增加,高铬铸铁的氧化增重减少,氧化层厚度减薄。3种高铬铸铁的氧化层都有内外两层,含0.65%和1.5%镍的高铬铸铁的外层主要元素是O和Fe,内层主要元素是O和Cr;含3.05%镍的高铬铸铁的外层主要元素是O和Cr,内层主要元素是O和Fe。高温热疲劳试验中,3种高铬铸铁的主裂纹均沿着V型缺口延展而出,随着镍含量的增加,主裂纹的长度减少。含3.05%镍的高铬铸铁的抗热疲劳性能比含0.65%镍的高铬铸铁提高了36%。

铌对渣浆泵高铬铸铁组织和性能影响

采用对比试验,分析讨论了铌对一种渣浆泵用高铬铸铁性能的影响。分别测量了材料的力学性能、硬度和耐磨性,并对组织进行了分析。结果表明,加入铌对高铬铸铁碳化物形态有明显的改变,这种改变提高了力学性能,同时也提高了材料耐磨性。

高铬铸铁叶片堆焊工艺研究进展

高铬铸铁因良好的耐磨损、强度、韧性及抗高温、耐腐蚀性能,常被应用于抛丸机叶片、大型挖泥泵叶轮、水泥球磨机耐磨衬板等受磨损冲击的器件,通常采用堆焊工艺对高铬铸铁工件的磨损表面进行修复,以延长其使用寿命,降低制造新工件时产生的资源消耗。本文综述了高铬铸铁叶片堆焊过程中焊接电流、层间温度、冷却条件等工艺参数对高铬铸铁堆焊层组织结构、晶粒大小的影响,讨论了钒、钛、铌、稀土纳米颗粒等合金粉末及由合金粉末制成的药芯焊丝对高铬铸铁堆焊层组织成分、组织结构的影响,对比了现有传统堆焊工艺缺陷,指出了堆焊加工工艺未来发展的方向。

钨极氩弧焊焊接粉末冶金高铬铸铁/低碳钢的焊接性能及组织演变

以粉末冶金高铬铸铁和低碳钢为原材料,采用多道次手工钨极氩弧焊,研究了焊接电流对焊缝组织演变和力学性能的影响,提出了焊接接头组织演化模型,并探讨了其断裂机理。结果表明,焊接接头的抗拉强度在焊接电流为140 A时达到538.1MPa,分别是烧结高铬铸铁和低碳钢抗拉强度的95.3%和97.4%。由于二次回火和合金元素扩散/偏析的作用,焊接接头的显微硬度在水平方向上由高铬铸铁一侧向低碳钢一侧逐渐降低,而在垂直方向则呈M形分布。当焊接电流为140 A时,焊缝的熔合区主要由奥氏体和回火马氏体组成,在熔合区与低碳钢母材之间存在一个单一奥氏体柱状晶区;在熔合区与烧结高铬铸铁母材之间,存在一个柱状高铬铸铁区域,该区域的碳化物为粗糙树枝状,沿基体晶界分布。

合金化提高高铬铸铁耐磨性研究进展

多元素合金化设计是提升高铬白口铸铁耐磨性能研究的重点,通过合金元素定量添加可提高材料力学性能以及改变碳化物类型,从而提高高铬铸铁的耐磨性能。介绍了高铬铸铁经合金化处理后材料服役性能的变化,综述了近年来国内外高铬铸铁多元素合金化研究进展,总结了各类元素定量添加对高铬铸铁的影响以及针对不同合金元素最优的热处理工艺,最后提出了相关研究中存在的问题和需要重点聚焦的研究方向。

高铬铸铁泵件金属型铸造工艺试制

金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造,是将金属液在重力作用下,浇入用金属材料制成的铸型中获得铸件的工艺方法。金属型既适用于批量生产结构复杂的铝合金、镁合金等有色金铸件,也适合于生产钢铁金属铸件。为了进一步提升高铬耐磨铸铁泵件的耐磨性,使用金属型铸造工艺对渣浆泵的护板、蜗壳进行了铸造工艺性试制,摸索出适宜的铸造工艺参数,并通过实际应用来验证耐磨性的提升。

不同陶瓷颗粒表面处理对陶瓷/高铬铸铁复合材料微观界面的影响

采用传统的高铬铸铁制备电厂用磨煤机磨辊、磨盘已无法满足耐磨需求,陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料成为替代传统耐磨材料的首选。本文研究了镀镍、镀钛表面处理对陶瓷/高铬铸铁复合材料微观界面的影响。结果表明,表面处理后陶瓷与高铬铸铁界面润湿性改善,可获得较好的铸渗效果。镀镍陶瓷颗粒与高铬铸铁复合材料没有明显的中间过渡层,二者之间的结合强度不高,陶瓷与高铬铸铁结合为机械结合。镀钛陶瓷颗粒与高铬铸铁复合材料的界面由于Ti元素的作用发生化学反应,形成明显的中间过渡层,界面结合强度高,陶瓷与高铬铸铁结合为冶金结合。

铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒增强高铬铸铁复合材料的冲击性能

采用铸渗工艺制备了铁包覆和无铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒(ZTAp)增强高铬铸铁复合材料,对比研究了不同复合材料的微观形貌、微区成分和冲击性能。结果表明:无铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中ZTAp与高铬铸铁间存在界面间隙,在制样中ZTAp发生脱落;铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中的ZTAp嵌在高铬铸铁中,界面处无空洞、脱黏和分层等明显缺陷,且形成连续的厚度在15~30μm的界面层,可以提升界面结合性能;铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料的冲击韧度(2.1 J·cm^(-2))提升至无铁包覆时(0.5 J·cm^(-2))的4.2倍,失效方式由拔出失效转变为颗粒断裂失效,基体区断裂机制为准解理性断裂,界面层局部存在韧窝、撕裂棱等断裂特征。

直写3D打印TiC网络陶瓷/高铬铸铁复合材料的制备及性能研究

采用浆料直写3D打印技术制备了TiC网络陶瓷,并结合无压浸渗制备了TiC网络陶瓷/高铬铸铁复合材料。采用扫描电子显微镜对TiC网络陶瓷预制体与浸渗后的组织进行了观察,采用EDS对界面元素分布进行了分析,并对复合材料的硬度、抗压强度和耐磨性进行了测定。结果表明:复合材料中TiC线条与高铬铸铁线条在空间上形成了三维互穿网络结构,实现了空间韧化的效果,提高了复合材料的整体力学性能;随着复合材料中TiC线条体积分数的增加,硬度随之增加,抗压强度与耐磨性都表现为先增后减,在Ti C体积分数50%时达到最佳值。

基于文献计量学的高铬铸铁组织及性能研究进展

耐磨材料在工业发展中起到关键作用,其中高铬铸铁因其耐磨性能优异、成本较低得到了快速发展。高铬铸铁的研究主要集中在制备工艺、组织与性能调控、耐磨性等几个方面。本研究借助文献计量学方法对近年来的研究进行了梳理,介绍了研究的侧重点,并从耐磨性研究的最新进展、合金成分和热处理对组织及性能的影响,总结了近年来的研究现状。研究表明,M_(7)C_(3)型碳化物是高铬铸铁组织中最重要的强化相,能够显著提高基体的强度和耐磨性能。对高铬铸铁进行热处理,能够细化晶粒,提高硬度和耐磨性。另外,通过添加合金元素或者加入强化相也能提高高铬铸铁的性能,例如,添加Ti_(2)AlC后材料的力学性能明显提高。总之,对高铬铸铁的制备工艺、组织与性能调控、耐磨性等方面进行研究,有助于优化其性能并扩大其应用领域。

大型高铬铸铁泵壳的铸造工艺优化及其应力模拟研究

介绍了大型高铬铸铁泵壳的铸件结构及技术要求,利用ProCast模拟软件对铸造工艺中温度场进行模拟分析,根据预测的缩孔位置调整了补缩冒口。同时,利用软件对其进行了应力场的模拟研究,预测出高应力以及可能产生裂纹的位置,并进行了相应的工艺调整。根据优化后的工艺制作的样品满足各项技术要求。

淬火温度对Cr23高铬铸铁组织性能的影响

通过光学显微镜、显微硬度、洛氏硬度及冲击试验,研究了不同淬火温度对Cr23高铬铸铁组织性能的影响,并采用MMW-1立式万能磨损试验机对Cr23的磨损性能进行了测试分析。结果表明:900℃淬火后Cr23高铬铸铁中铸态组织未完全消失;950℃淬火回火后Cr23高铬铸铁的组织为白色的块状、条状碳化物和回火马氏体,二次碳化物弥散分布在基体上;1000℃淬火回火后Cr23高铬铸铁中的组织由回火马氏体、残余奥氏体及长条状碳化物组成,残余奥氏体及回火马氏体都呈现灰黑色。随着淬火温度的增加,高铬铸铁的硬度先升后降,冲击韧性呈下降趋势。高铬铸铁中弥散分布的碳化物可有效提高其耐磨性,回火马氏体基体为碳化物提供支撑,防止其剥落。试样经过950℃淬火+250℃回火后抗磨性最好,较l000℃淬火+250℃回火处理的试样提高了41.4%。

电渣堆焊高铬铸铁界面温度场及组织性能

用电渣堆焊的方法在D32低合金钢表面堆焊高铬铸铁硬面层,测量了堆焊过程中热影响区的温度场,研究了热影响区、复合界面及硬面层的微观组织和力学性能.结果表明,电渣堆焊加热和冷却速度较慢,稳定阶段时低合金钢基材温度分布均匀,在堆焊方向最大温度梯度为-21.25℃/mm;低合金钢基板内最大热应力为53.4 MPa,低于低合金钢的抗拉强度,有效避免了裂纹的产生;复合界面平整清晰,存在宽度约50μm的奥氏体带状区;热影响区晶粒有所长大,为铁素体加珠光体组织;高铬铸铁硬面层由奥氏体、碳化物和少量马氏体组成,M_(7)C_(3)型碳化物细小且均匀分布于奥氏体晶界;复合界面结合强度为96 MPa;试样熔合区的冲击吸收能量(53 J)较硬面层冲击吸收能量(10.7 J)明显提高;亚共晶高铬铸铁硬面层在较大磨损载荷下发生马氏体相变,硬度提高,耐磨粒磨损性能优良.

液态模锻高铬铸铁亚温淬火工艺研究

对比压128 MPa液态模锻工艺制备的KmTBCr20Mo合金进行亚温淬火热处理工艺研究。结果表明,亚温热处理工艺能改变液态模锻高铬铸铁组织的形貌尺寸与数量,改变其洛氏硬度与冲击韧性。500℃亚温淬火相比于无热处理的对照组马氏体基体增多,基体析出小颗粒二次碳化物,同时生成了较多形状规则、断续块状分布的M_(7)C_(3)型碳化物,硬度和韧性均有明显提高,此温度为最佳亚温淬火温度。当淬火温度为530℃和550℃时,共晶团与晶界的碳化物存在微裂纹,形状粗大且不规则,洛氏硬度较高但韧性显著降低。当淬火温度为580℃和630℃时,马氏体基体形状粗大,碳化物呈针状与小块状分布,容易割裂基体,洛氏硬度下降,韧性显著降低。

基于振动条件下高铬铸铁组织和性能的变化

高铬铸铁在凝固过程中,易形成粗大的初生碳化物,降低了材料的冲击韧性。通过在高铬铸铁凝固过程中外加机械振动处理,探究了振动工艺参数对碳化物形态、冲击韧性及耐磨性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜观察高铬铸铁显微组织的变化;利用X射线衍射和电子探针分析了物相组成。结果表明:与未经过振动处理的高铬铸铁相比,振动处理的高铬铸铁中M_(7)C_(3)型碳化物得到了细化,其冲击韧性较未处理高铬铸铁提高了16.36%;耐磨性提高了2.9倍。

化学成分及热处理工艺对高铬铸铁力学性能的影响

为了得到综合性能优秀的双金属耐磨锤头耐磨端材料,利用正交实验法研究了成分(碳含量和铬含量)和热处理工艺(淬火温度和回火温度)对高铬铸铁力学性能的影响,具有一定的工程应用价值。实验结果表明,各因素对热处理后高铬铸铁力学性能影响关系为w(Cr)/%>回火温度>淬火温度>w(C)/%,优化后的高铬铸铁成分及热处理工艺为2.8%C,20%Cr(质量分数),淬火温度1040℃,保温2 h,空冷,回火温度250℃,保温2 h,空冷。硬度为60.17 HRC,冲击韧性αk为9.88 J/cm^(2)。

ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3)陶瓷颗粒对增强高铬铸铁基复合材料冲击磨料性能影响

传统的耐磨钢铁材料难以满足现代矿山装备对关键耐磨部件的需求,陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料成为最具良好应用前景的耐磨材料之一。通过预烧结获得不同体积分数及不同颗粒大小的陶瓷预制体,结合铸渗法制备出氧化锆(ZrO_(2))增韧氧化铝(Al_(2)O_(3))陶瓷颗粒增强高铬铸铁(HCCI)基复合材料。结果表明:随着ZTA(ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3))颗粒体积分数(25%~45%)的增加,ZTA颗粒等效直径(1.7,1.2,0.4 mm)减小,复合材料抗冲击磨损性能随之提高,以颗粒体积分数为45%、等效粒径为0.4 mm时最佳。ZTA p/HCCI复合材料的主要磨损特征是磨损面发生微切削,其主要磨损机制是磨料磨损。

改善高铬铸铁力学性能的研究方法

综述了高铬铸铁的基体组织和碳化物,介绍了近年来国内外研究学者最常用的提高高铬铸铁力学性能的方法:热处理和合金化。发现高铬铸铁的高磨损性能及其他力学性能主要取决于共晶碳化物的数量、类型及基体组织。可通过热处理、合金化等方法,在高铬铸铁凝固过程中改变高铬铸铁的基体结构、改善碳化物的形貌、控制碳化物的生长等方面对高铬铸铁的性能进行优化。最后,对未来的研究方向提出了展望。

中性环境下高铬铸铁电化学腐蚀阳极溶解行为研究

面向长期在海洋大气环境下使用的高铬铸铁材料,其晶面取向不同的表面的腐蚀行为存在差异必然会引发微观腐蚀原电池及点蚀萌生。通过明确不同取向表面的腐蚀行为,调控特定取向表面的占比及组合,可有效减弱高铬铸铁材料的电偶腐蚀敏感性,延缓腐蚀速率。本文通过第一性原理建模,计算了Km TBCr26高铬铸铁中(100)、(110)和(111)3个晶面的腐蚀电位和腐蚀电流密度,获得了该牌号铸铁在NaCl中性环境下的电化学腐蚀阳极溶解反应极化曲线。结果表明,在理想表面的情况下,3个低指数表面中(100)面的腐蚀电位最高且腐蚀电流密度最低,分别为-0.5674 V和-7.8587 log(A/cm^(2)),表现出最优的耐蚀性。而表面空位和Cl吸附则会导致3个低指数表面腐蚀电流密度的计算结果增大,即阳极溶解速率加快,且略微降低了不同表面间溶解速率的差距;同时也会导致所有表面的腐蚀电位降低,略微缩小了不同表面间的电位差。

高铬铸铁轧辊材质的氧化行为研究

将高铬铸铁轧辊材质试样分别在450℃、500℃、550℃下进行氧化,采用激光共聚焦显微镜、金相显微镜、扫描电镜观察氧化膜形貌、微区成分,硬度计检测硬度。结果表明:随氧化温度的升高、高铬铸铁轧辊中各相的氧化程度以及整体氧化膜的致密度均有明显差异,试样的硬度也有明显不同。