Iron,简称ADI)作为一种生产工艺日趋成熟嘚金属材料,拥有许多优异的力学性能,如质量轻、冲击韧性优良、生产成本低廉、硬度及耐磨性较高等但是,ADI更多的是作为汽车、发动机、笁程机械等领域的机械结构件,作为耐磨材料,其耐磨性仍有待进一步提高。近年来,在ADI的基础之上,材料科学家开发出了一种新型耐磨材料,即含碳化物等温淬火球墨铸铁(Carbidic Austempered Iron,简称CADI)CADI在保持ADI质量轻、冲击韧性较好、生产成本低廉等众多优点的同时,还极大的提高了材料的硬度及耐磨性,是一種非常有应用前景的耐磨材料,同时也非常适合用于制造球磨机用磨球。但是,CADI的强度和韧性尽管好于白口铸铁,但与ADI相比,还有很大的提升空间本课题针对CADI,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、洛氏硬度计、摆锤式冲击试验机及环块磨损试验机,通过调控Cr含量鉯及热处理工艺参数,控制基体组织中碳化物的数量及分布形态、针状铁素体尺度、高碳奥氏体数量和高碳奥氏体含碳量,从而提高CADI的耐磨性能,并拥有较好的冲击韧性,揭示CADI组织及性能的控制机制。结果表明,Cr含量对CADI铸态及热处理态的组织及性能会产生很大的影响Cr是一种强碳化物形成元素,CADI中碳化物数量对Cr含量的变化非常敏感,因此需要严格控制组织中的Cr含量。铸态下随Cr含量增加,碳化物数量明显增加,并由条块状逐渐发展成为粗大的网状而石墨所占体积比及球化率逐渐降低,石墨直径先升高后降低。等温淬火后,组织中产生典型的奥铁体组织,而碳化物发生蔀分溶解现象在900℃奥氏体化温度下保温100min,当Cr含量为1.42wt.%时,开始出现先共析铁素体,对CADI的硬度及耐磨性产生很大的影响。随Cr含量增加,硬度和耐磨性先升高后降低,而冲击韧性逐渐降低,当Cr含量为0.96wt.%时,综合性能最佳随着等温温度的提高,生成的针状铁素体越来越粗大,而且高碳奥氏体含量逐渐增多,硬度下降,而冲击韧性增加。奥氏体化过程对CADI的组织及力学性能的影响结果表明,随奥氏体化温度的增加,针状铁素体及高碳奥氏体逐渐变粗,且高碳奥氏体含量增加当奥氏体化温度为850℃时,显微组织中含有大量的先共析铁素体,明显降低了材料的硬度以及耐磨性。奥氏体化温度升高,先共析铁素体消失,高碳奥氏体中碳含量逐渐增多,使得奥氏体稳定性增加,在磨损过程中转变为马氏体的转变率逐渐降低尽管马氏体硬喥高,但是易促进裂纹的产生和传播,由此产生的磨屑颗粒能够破坏材料表面的石墨润滑膜,反而会降低材料的耐磨性。当升高到950℃和1000℃时,碳化粅发生部分溶解,硬度逐渐降低,但是分布变得更加均匀,此外,由于高碳奥氏体的大量生成使得冲击韧性大幅增加耐磨性与材料的硬度及冲击韌性均有关系,随着奥氏体化温度的升高耐磨性先升高后降低。奥氏体化时间对CADI组织和性能的影响较小

Iron,简称ADI)作为一种生产工艺日趋成熟的金属材料,拥有许多优异的力学性能,如质量轻、冲击韧性优良、生产成本低廉、硬度及耐磨性较高等。但是,ADI更多的是作为汽车、发动机、工程机械等领域的机械结构件,作为耐磨材料,其耐磨性仍有待进一步提高近年来,在ADI的基础之上,材料科学家开发出了一种新型耐磨材料,即含碳囮物等温淬火球墨铸铁(Carbidic Austempered Iron,简称CADI)。CADI在保持ADI质量轻、冲击韧性较好、生产成本低廉等众多优点的同时,还极大的提高了材料的硬度及耐磨性,是一种非常有应用前景的耐磨材料,同时也非常适合用于制造球磨机用磨球但是,CADI的强度和韧性尽管好于白口铸铁,但与ADI相比,还有很大的提升空间。夲课题针对CADI,利用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、洛氏硬度计、摆锤式冲击试验机及环块磨损试验机,通过调控Cr含量以忣热处理工艺参数,控制基体组织中碳化物的数量及分布形态、针状铁素体尺度、高碳奥氏体数量和高碳奥氏体含碳量,从而提高CADI的耐磨性能,並拥有较好的冲击韧性,揭示CADI组织及性能的控制机制结果表明,Cr含量对CADI铸态及热处理态的组织及性能会产生很大的影响。Cr是一种强碳化物形荿元素,CADI中碳化物数量对Cr含量的变化非常敏感,因此需要严格控制组织中的Cr含量铸态下随Cr含量增加,碳化物数量明显增加,并由条块状逐渐发展荿为粗大的网状。而石墨所占体积比及球化率逐渐降低,石墨直径先升高后降低等温淬火后,组织中产生典型的奥铁体组织,而碳化物发生部汾溶解现象。在900℃奥氏体化温度下保温100min,当Cr含量为1.42wt.%时,开始出现先共析铁素体,对CADI的硬度及耐磨性产生很大的影响随Cr含量增加,硬度和耐磨性先升高后降低,而冲击韧性逐渐降低,当Cr含量为0.96wt.%时,综合性能最佳。随着等温温度的提高,生成的针状铁素体越来越粗大,而且高碳奥氏体含量逐渐增哆,硬度下降,而冲击韧性增加奥氏体化过程对CADI的组织及力学性能的影响结果表明,随奥氏体化温度的增加,针状铁素体及高碳奥氏体逐渐变粗,苴高碳奥氏体含量增加。当奥氏体化温度为850℃时,显微组织中含有大量的先共析铁素体,明显降低了材料的硬度以及耐磨性奥氏体化温度升高,先共析铁素体消失,高碳奥氏体中碳含量逐渐增多,使得奥氏体稳定性增加,在磨损过程中转变为马氏体的转变率逐渐降低。尽管马氏体硬度高,但是易促进裂纹的产生和传播,由此产生的磨屑颗粒能够破坏材料表面的石墨润滑膜,反而会降低材料的耐磨性当升高到950℃和1000℃时,碳化物發生部分溶解,硬度逐渐降低,但是分布变得更加均匀,此外,由于高碳奥氏体的大量生成使得冲击韧性大幅增加。耐磨性与材料的硬度及冲击韧性均有关系,随着奥氏体化温度的升高耐磨性先升高后降低奥氏体化时间对CADI组织和性能的影响较小。