摘 要

高铬铸铁具有优良的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能，是一种在工业领域广泛使用的耐磨材料。如今，由于磨损失效成为材料和能源的主要消耗方式之一，高铬铸铁因为其优秀的性能得到了广泛的重视。

本文通过实验研究了热处理对高铬铸铁组织性能的影响。首先采用亚临界热处理和普通的高温热处理的方法对高铬铸铁试样进行热处理，实验中设置不同的亚临界热处理温度、不同的普通热处理温度和保温时间。随后利用金相显微镜对试样组织进行观察，利用洛氏硬度测试仪对试样硬度进行测试并记录。最后通过同组试样间组织性能的对比分析研究热处理对高铬铸铁组织性能的影响。

实验结果表明，亚临界热处理和普通的高温热处理都能有效改善高铬铸铁的组织，使碳化物颗粒细化，并且在组织中均匀分布，同时促使奥氏体转变为马氏体，使组织中残余奥氏体量减少，提升高铬铸铁性能。亚临界热处理温度、普通热处理温度和普通热处理的保温时间都对热处理后高铬铸铁的组织性能有较大的影响，且都存在最优值，在探讨最优热处理方案时要综合考虑各个参数的影响。

关键词：高铬铸铁；热处理；组织分析；硬度。

Abstract

High chromium cast iron has excellent hardness, wear resistance and corrosion resistance. It is a kind of wear-resistant material widely used in industry. Nowadays, because of the failure of wear and tear becoming one of the main consumption methods of materials and energy, high chromium cast iron has been paid more and more attention for its excellent performance.

The effect of heat treatment on the microstructure and properties of high chromium cast iron has been studied by experiments. Firstly, the subcritical heat treatment and heat treatment of ordinary heat treatment of high chromium cast iron samples, set up different subcritical heat treatment temperature, different common heat treatment temperature and holding time in the experiment. Subsequently, the microstructure of the sample was observed by metallographic microscope, and the hardness of the sample was recorded and recorded by Rockwell hardness tester. Finally, the effect of heat treatment on the microstructure and properties of high chromium cast iron was studied by comparing the microstructure and properties of the same set of specimens.

The experimental results show that the subcritical heat treatment and heat treatment can effectively improve the common high chromium cast iron, the carbide particles in the organization, and uniform distribution, and to facilitate the transformation of austenite to martensite, to decrease the content of residual austenite in high chromium cast iron, improve the performance of. Subcritical heat treatment temperature, heat treatment temperature and holding time are the ordinary heat treatment of high chromium cast iron microstructure after heat treatment has great effect, and there is an optimal value, influence to various parameters are considered in the discussion of the optimal heat treatment plan.

Key Words：High chromium cast iron; heat treatment; microstructure analysis; hardness.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的目的及意义 1

1.3 高铬铸铁的研究现状 2

1.3 课题研究的内容 3

第2章 热处理工艺 4

2.1 高铬铸铁的亚临界热处理 4

2.2 高铬铸铁普通热处理 4

第3章 实验过程 5

3.1 试样准备 5

3.2 试样的热处理 5

3.3 金相制作 6

3.4 金相的抛光、腐蚀和观察 6

3.5 试样硬度测试 6

第4章 高铬铸铁金相组织分析 7

4.1 高铬铸铁铸态金相组织分析 7

4.2 亚临界热处理金相组织分析 8

4.3 普通热处理金相组织分析 12

4.3.1 不同加热温度的试样金相组织分析 12

4.3.2 不同保温时间的试样金相组织分析 17

第5章 性能测试及影响因素分析 21

5.1 硬度测试结果 21

5.2 热处理中影响高铬铸铁硬度的因素分析 21

5.2.1 亚临界热处理温度的影响 21

5.2.2 普通热处理温度的影响 22

5.2.3 普通热处理保温时间的影响 23

第6章 课题总结与展望 25

6.1 课题研究结果总结 25

6.2 今后工作的展望 25

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 引言

磨损失效是机器零件的主要失效形式之一，导致零件频繁更换，降低生产效率和机器的使用寿命，造成材料和能源的大量消耗^[1]。统计数据显示，世界上各个工业强国每年因为磨损消耗的能源占据了总消耗量的30%之多，我国每年因为磨损造成的经济损失高达400亿美元，主要集中在冶金、电力、煤炭和建筑等行业。因为磨损在工业生产中不可避免，而且经常发生，因此在生产过程中，不仅要不断进行生产工艺的优化和革新，对于磨损机理的研究以及耐磨材料的改进和新耐磨材料的研发也将是是一个长期性的研究课题。

从20世纪60年代开始，高铬铸铁优良的耐磨性被人们所发现，于是作为耐磨材料被逐渐使用和发展至今。高铬铸铁一般是指含Cr量为11～30%，含C量为2.0～3.6%的合金白口铸铁。其具有很高的强度、耐磨性和抗腐蚀性，是一种性能优良的耐磨材料，被广泛应用于采矿、水泥、电力和冶金等方面^[2]。

目前广泛使用的高铬铸铁生产成本普遍较高，而且由于含有大量的碳和铬，所以组织中存在很多晶粒粗大、呈片状分布的一次碳化物。碳化物是高铬铸铁的重要组成部分，其硬度高，弹性模量大，但是有较高的脆性，在冲击载荷高、磨损严重的工况下使用时碳化物容易崩落，导致工件使用寿命降低，影响生产加工^[3]。总之，碳化物的类型和数量对高铬铸铁组织性能的影响十分明显。因此，在性能更高的新耐磨材料研发出来之前，对高铬铸铁的成分、组织及性能进行优化具有重要的意义。本课题主要研究热处理对高铬铸铁组织及性能的影响，并探讨能有效降低生产成本，提升使用性能的热处理工艺。

1.2 课题研究的目的及意义

由于高铬铸铁具有优良的耐磨性能，所以被广泛应用于采矿、水泥、电力和冶金等方面，但目前广泛使用的高铬铸铁在特殊工况下的表现并不理想，而且磨损日益成为机器零部件失效的主要形式，造成了严重的损耗，所以提高耐磨材料的性能成为了迫切需要解决的问题，也是国内外研究人员重点关注的问题。通过对高铬铸铁组织进行分析后发现，组织中存在大量的一次碳化物，而且晶粒粗大，呈片状分布，这使得高铬铸铁组织韧性降低，脆性升高，影响了其力学性能，使其容易在机器工作期间出现失效，严重影响机器寿命和生产效率。因为高铬铸铁是多相组织，由碳化物和基体两部分构成，所以其性能也由碳化物和基体组织共同决定。除了上述碳化物的影响之外，还需要考虑基体组织对高铬铸铁性能的影响，其中马氏体基体的硬度和耐磨性都要远远高于奥氏体基体，但奥氏体基体比马氏体基体有着更优的韧性。