广西大学本科毕业论文硼含量对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响摘 要高硼铁基耐磨合金具有硼化物的硬度高和热稳定性良好以及合金元素加入量少和生产成本低且工艺简单的优势，它在未来的耐磨材料领域有着广泛的应用前景。高硼铁基耐磨合金中硼元素主要以硼化物形式存在，硼化物代替传统铁基耐磨合金中的碳化物作为耐磨相，用硼化物替代碳化物后，由于碳已不是形成耐磨相的元素，所以可以大大降低其加入量，得到含碳量较低的基体，因而在保证铸铁具有良好耐磨相的同时，还具有强韧性的基体，得到性能更好的耐磨材料。因此，研究和开发高硼铁基耐磨合金对经济发展有着重要的意义。本文以高硼铁基耐磨合金的成分优化为研究目标，通过优化配比，根据力学性能测试和金相组织分析，考察合金最优性能并得出最优的组合。研究结果表明，经过优化设计后的高硼铁基耐磨合金的成分（wt%）为：0.36%C、3.5%B、1.0% Si、1.0% Mn、1.0% Cu、1.5% Cr、0.5%V，余为Fe。此时合金的综合性能最好，既有较高的强度、硬度和耐磨性能，又有一定的塑性和韧性。关键词：高硼合金 硼化物 耐磨性 耐磨材料AbstractHigh-boron iron-based wear-resistant alloy with high hardness of boride and good thermal stability and adding alloying elements, and low production cost less and the advantages of simple process, wear-resistant materials in the future it has wide application prospects. High-boron iron-based wear-resistant alloy of boron exists mainly borides, boride instead of the traditional iron-based wear-resistant alloy as a wear-resistant carbide phase, boron carbide replacement, due to the formation of wear-resistant carbon is not phase elements, can greatly reduce their dosage, have a lower carbon content of the matrix, thus ensuring a good wear-resistant cast iron phase, it is also the matrix with high toughness, wear-resistant materials have better performance. Therefore, the research and development of high-boron iron-based wear-resistant alloy have great significance on the economic development.In this paper, high-boron iron-based wear-resistant alloy composition optimization is the research objectives by optimizing the ratio of the test based on the mechanical properties and microstructure, as well as the best optimal performance alloy combination was studied. The results show that the optimized design of high-boron iron-based post-wear-resistant alloy composition (wt%) was: 0.36% C，3.5% B, 1.0% Si, 1.0% Mn , 1.0% Cu, 1.5% Cr，0.5% V, than for the Fe. At this point the best overall performance alloys, both high strength, hardness and wear resistance, has a certain plasticity and toughness.Keywords: High-boron alloy Boride Wear resistanceWear-resistant materials目 录第一章 绪论11.1 耐磨材料在经济建设中的作用11.2 高硼铁基耐磨合金研究意义21.3 高硼铁基耐磨合金的研究现状41.4 高硼铁基耐磨合金研究目的与内容5第二章 高硼铁基耐磨合金的制备过程62.1 高硼铁基耐磨合金的成分优化设计62.2 配料72.3 造型92.4 熔炼、浇注102.5 试样加工11第三章 力学性能测试133.1 拉伸试验133.2 冲击试验143.3 硬度测量153.4 拉伸试验结果163.5 冲击试验结果183.6 硬度测量结果20第四章 金相组织观察214.1 金相观察设备214.2 金相观察过程224.3 高硼铁基合金的金相组织224.4 高硼铁基耐磨合金最优成分的确定24第五章 结论与展望265.1 结论265.2 需要进一步研究的几个问题26参考文献28致谢29附录2929广西大学本科毕业论文第一章 绪论1.1 耐磨材料在经济建设中的作用1.1.1 研究和发展耐磨材料的意义材料的破坏有三种形式：即断裂、腐蚀和磨损 。磨损是机械零件失效的主要原因，同时，也是工业中材料和能源消耗的主要根源之一。据统计，由磨损造成的经济损失，美国约500亿美元/年，德国约300亿马克/年。我国每年因磨损造成球磨机磨球消耗近200万吨，球磨机和各种破碎机衬板消耗近50万吨，轧辊消耗近60万吨，各种工程挖掘机和装载机斗齿、各种耐磨输送管道、各种破碎机锤头和颚板、各种履带板消耗也超过50万吨。据统计，我国每年消耗的金属耐磨材料约300万吨以上，在各类磨损中，磨料磨损又占有重要的地位，在金属磨损总量中占50以上。磨损是冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通等许多工业部门以及有色金属深加工普遍存在并成为引起设备失效或材料破坏的一个重要原因，也是造成经济损失最多的问题之一。因此，研究和发展更高性能的耐磨材料对经济发展有重要的意义。1.1.2 耐磨业在我国经济建设中的地位随着我国国民经济的不断发展，耐磨材料行业也得到了长足的发展，它直接为建材水泥、冶金矿山、火力发电、煤炭、农机、建设机械等行业提供工业服务。而且，随着工业的不断进步和国务院节能减排的要求，对耐磨材料的数量和品种的需求也会不断护大，同时对耐磨材料的性能提出更高的要求。所以，这个行业会更加兴旺和具有更强的生命力，是一个“不朽的行业”。由于我国耐磨材料的研究和发展与国外相比较起步较晚，其发展和壮大过程是艰辛和困难的。近些年来，由于冶金矿山、建材水泥、建设机械和火力发电工业的高速发展，给耐磨材料行业带来了良好的发展机遇，许多企业生产的产品供不应求，销售形势很好。同时又带动相关行业的迅猛发展。但是，另一方面，耐磨产品原材料价格的猛涨大大增加了生产成本，廉价劳动力愈来愈缺乏，都给企业的正常运转造成了不少的实际困难。应该承认，经营一般普通的耐磨铸造产品的销售利润率不是很高，然而，花费的人力和物力却是相当之大。这里的出路只能是不断地进行技术改造，改善经营管理，在不影响耐磨材料性能的情况下，降低金属合金在耐磨材料中的含量以降低成本，例如，用硼铁替代铬铁。同时更要在近期内开发一些高难度而附加值高的耐磨产品。例如，在冶金和水泥行业中的高压辊磨机和立磨磨辊、冷却器的蓖子板、圆锥破碎机破碎壁、大型破碎机锤头及建设机械行业中的高压水泥泵车输送管道等等。最近几年，国外对国内生产的耐磨产品的需求也在不断增加，为我国耐磨件的出口提供了许多有利条件。一些采用先进的生产工艺和具备完善的质量控制系统的企业已经率先走向国际市场，走向世界。同时，一些国外知名的企业也看中了国内的宽广市场和优惠政策，纷纷来到中国，寻求合作伙伴和供应商。1.2 高硼铁基耐磨合金研究意义目前广泛应用的耐磨材料主要有高锰钢、低中合金耐磨钢、高铬铸铁三大类。高锰钢自1882年问世以来，已有100多年的历史，成为传统的耐磨材料，得到广泛的应用，但高锰钢的耐磨性是有条件的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨。而且其屈服强度低、易于变形。因此，在许多领域已逐渐为其它耐磨材料所代替。低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼以及其它微量元素而发展起来的，具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的不足，耐磨性较差。高铬铸铁是应用较早且应用比较广泛的一类耐磨材料，但合金元素含量高、生产成本高以及相对较低的韧性限制了其应用范围。虽然合金化和变质处理能在一定程度上提高高铬铸铁的韧性，但是没有实质性的进展，其主要原因在于高铬铸铁基体碳含量较高，热处理后基体往往转变成为硬脆的马氏体，韧性较差。高铬铸铁中碳化物是没有韧性的，韧性主要来自于基体，由于基体的韧性较差，所以高铬铸铁的韧性能提高的程度也就有限。硼为黑色或银灰色固体，晶体硼为黑色，熔点约2300C，沸点2550C，密度2.34克/厘米，硬度仅次于金刚石，较脆。硼元素在硼铁合金中主要以硼化物形势存在。硼化物代替传统铁基耐磨合金的碳化物作为耐磨相，用硼化物替代碳化物后，由于碳已不是形成耐磨相的元素，所以可以大大降低其加入量，得到含碳量较低的基体，因而在保证铸铁具有良好耐磨相的同时，还具有强韧性的基体。而且，由于硼在铁中的溶解度极低，同时碳几乎不溶于硼化物，因此以硼化物为耐磨相的高硼铁基耐磨合金中硼化物数量和基体的性质可以通过碳和硼的质量分数来分别控制，即可以根据工况条件来设计材料的性能。高硼铁基耐磨合金主要以高韧性的马氏体为基体，在基体上分布有硬度高、热稳定性好的硼化物，可以确保合金在具有优异强韧性的前提下，还具有高的硬度和优良的耐磨性，可以克服目前广泛应用的以碳化物为主的传统铁基耐磨合金脆性大，使用中易断裂和剥落的不足，也可以克服无耐磨硬质相的铁基合金(如高锰钢、低碳合金钢)硬度低、淬透性与耐磨性差的不足，在冶金、矿山、机械、电力、煤炭、石油、交通等许多工业部门以及有色金属深加工行业将会发挥其优异的耐磨性能，延长耐磨部件寿命。硼元素在地壳中的含量约占3xlO-4，接近钨、钼的含量，属于我国富有的元素，价格低而且稳定。因此，研究以硼化物为耐磨相的新型铁基耐磨合金符合我国国情，可以充分利用我国富有的资源，对我国国民经济的发展，特别是对我区有色金属材料深加工将起到巨大的推动作用。开发以硼为主要合金元素的高硼铁基合金材料，具有良好的淬硬性和淬透性，贵重合金元素加入量少，生产成本低廉，熔炼工艺简单，成形性好，无污染，具有很高的性能价格比和国际市场竞争力，在耐磨材料领域将具有广泛的应用前景。高硼铁基合金在普通制备条件下，共晶硼化物粗大且呈连续网状分布，致使晶界脆化，导致强度和韧性降低，而且还存在元素偏析严重，热处理