基本信息
- 项目名称：
- 一种高韧性低合金耐磨衬板的研制研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过对国外各种耐磨材料组织分析观察并进行了测试，确定个元素含量对材料性能的影响，从而研究一种成本、性能、寿命更合理的耐磨材料。
- 详细介绍：
- 由于高锰钢衬板在实际应用中存在一些问题,一是其在落煤斗应用时,不能充分发挥其冲击强化性能,由于合金成分使其韧性过低，也不利于发挥其冲击强化性能;二是高锰钢衬板在使用中易形成塑性流变,使衬板因变形而失效;三是使用寿命短,这在特大型磨机上的表现尤为突出,一般只有8～16个月.而中合金钢衬板的使用寿命虽为高锰钢衬板的1.5倍,但其在大型或特大型磨机一仓中的安全系数较低,易发生脆性断裂等.国内许多煤矿所使用的耐磨衬板都是进口材料，其使用性能远高于国内材料，但价格也要远高于国内耐磨材料的价格。 本文通过对国外各种耐磨材料组织分析观察并进行了测试，确定个元素含量对材料性能的影响，从而研究一种成本、性能、寿命更合理的耐磨材料。本文创新点是所研究的耐磨抗冲击材料为低合金，选择Cr巧型高铬铸铁作为复合衬板耐磨层，其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上；通过加入孕育剂变质处理，细化了晶粒，改善了组织中碳化物形态和分布，增加了M7C3型碳化物的比例，使冲击韧性显著提高，具有高强度和好的韧性的热处理工艺制度给出了工业生产试制的工艺参数原型，降低了制造成本。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 国内许多煤矿所使用的耐磨衬板都是进口材料，其使用性能远高于国内材料，但价格也要远高于国内耐磨材料的价格。为此,本文重点推荐一种既耐磨又抗冲击的新型衬板--高韧性低合金耐磨衬板。 通过对国外常用耐磨衬板材料的性能测试和微观组织成分观察分析确定各合金元素对材料性能的作用，确定所研制材料的合金元素及含量，从而提出一种韧性耐磨度更高的耐磨材料制备方案。
科学性、先进性及独特之处
- 本文创新点是所研究的耐磨抗冲击材料为低合金，选择Cr巧型高铬铸铁作为复合衬板耐磨层，其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上；通过加入孕育剂变质处理，细化了晶粒，改善了组织中碳化物形态和分布，增加了M7C3型碳化物的比例，使冲击韧性显著提高，具有高强度和好的韧性的热处理工艺制度给出了工业生产试制的工艺参数原型，降低了制造成本。
应用价值和现实意义
- 在设计的成分下，耐磨钢铸态组织为奥氏体+少量铁素体+碳化物，退火后的组织为贝氏体+马氏体。随着Cr、W元素含量的增加，抗磨钢硬度有增大的趋势，退火后材料硬度进一步增大，而且其韧性有了很大的提高，所设计材料是低合金钢其生产成本与国内耐磨衬板材料的相当，但其耐磨性和韧性都比国内耐磨材料高出几倍，节省了煤矿的材料购买成本。
学术论文摘要
- 高锰钢在我国工业大型工矿机械上得到普遍应用.但高锰钢衬板在实际应用中也存在一些问题,一是其在落煤斗上应用时,不能充分发挥其冲击强化性能;二是高锰钢衬板在使用中易形成塑性流变,使衬板因变形而失效;三是使用寿命短。许多煤矿所使用的衬板为高价进口材料。为此,该小组通过对国内外不同材料组织性能的观察分析研究出一种既耐磨又抗冲击的新型衬板—低合金耐磨衬板. 在设计的成分下，耐磨钢铸态组织为奥氏体+少量铁素体+碳化物，随着Cr、W元素含量的增加，抗磨钢硬度有增大的趋势，退火后材料硬度进一步增大，而且其韧性有了很大的提高。所设计材料的生产成本与国内耐磨衬板材料的相当，但其耐磨性和韧性都比国内耐磨材料高出几倍，节省了煤矿的材料购买成本。
获奖情况
- 在山东科技大学校团委组织的“挑战杯”比赛中获校二等奖
鉴定结果
- 山东科技大学校团委“挑战杯”校二等奖
参考文献
- 1.王俊新, 贺小明等. 大型火电厂设备故障诊断的现状与发展趋势[J], 设备管理与维修, 2003, 8: 33-35 2.孙峰.新型耐热钢的研制和应用[J].水利电力机械，2004, (2):41 3.鲍崇高，张西平，张建军，等.高温工况下一种耐热耐磨新材料的组织、性能研究[J].铸造技术，2001, (4):54-56 4. 陈颜堂, 白秉哲,方鸿生.中低碳空冷贝氏体钢的冲击磨损性能[J].钢铁研究学报,2001,13(3):40-43. 5.徐金城, 王天民.低碳中锰抗磨球墨铸铁的研制及其磨粒磨损性能的研究[ ].摩擦学学报,2003,23(2):158-161. 6.冯胜山.高韧性高铬铸铁衬板的研制和应用〔J〕.现代铸铁，2003.6:45一48. 7.肖占文，付寒光.高铬铸铁衬板的研究和应用「J〕.中国铸造装备与技术， 1997，6:16一 18. 8.徐小慧.钢与高铬铸铁的复合铸造[J].铸造，1996，22(10):38一40. 何力，卢锦德，熊玉竹等.合金化对高锰钢奥氏体基体强度及耐磨性的影 响Jl，贵州工业大学学报(自然科学板).2000(2):2一3. 9. 朴东学，李卫.铬白口铸铁及其生产工艺的研究与发展[J]，铸造，1991，10:l一5，“]。辽宁科技大学硕士学位论文l文献综述 10．刘春杰.高铬铸铁轧辊及其应用[J]，钢铁研究，1959，53(4):39一43等
同类课题研究水平概述
- 西欧、美国由于磨料磨损的金属材料消耗年均耗费达数十亿美元，因此不少国家大力研制高耐磨备件，特别是高铬铸铁备件。美国Cr巧Mo3制造破碎机滚轮、矿山用冲击锤、离心机外壳和转子等，还用高铬铸铁生产带内外筋片的换热器、烧结炉料盘和炉条、燃烧器喷嘴、玻璃瓶模具及发动机的阀座。日本伊藤机工株式会社等开发Cr25系列生产高炉小钟、料斗和炉栅等;日本新日铁公司设备与机械部和八蟠厂的技术研究实验室合作，用高铬铸铁作为高炉耐磨内衬材料;前苏联研制的高Cr一Mn白口铸铁件，其壁厚可达20omm的球磨机衬板，淬火硬度可达HRc60一62。世界各国公认高锰钢(Mnl3)是一种以高韧性冲击硬化著称的材料，但在低冲击载荷条件下使用，却不能发挥潜在的冲击硬化能力，己逐步被高铬铸铁所取代，如破碎机用的锤头、反击条等。在欧美各国，高铬铸铁还用于热轧带钢精轧前段(F1一F3)工作辊，欧洲约60%热连轧机的工作辊采用高铬铸铁，德国采用含CrZO%白口铸铁制作冷轧工作辊，其硬度可达HSgO以上。日本研究制造高铬铸铁轧辊以代替部分半钢轧辊，英国米蓝德轧辊公司也积极在世界各地推销高铬铸铁轧辊 [9] .
