毕业设计（论文）-1Cr18Ni9耐热钢筛板的设计与研究.doc

i郑州大学毕业设计（论文）题目：1Cr18Ni9耐热钢筛板的设计与研究指导教师：职称：教授学生姓名：学号：专业：材料成型及控制工程院（系）：材料科学与工程学院2009年6月2日ii摘要耐热钢是指在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢。筛板是筛分机用以完成筛分过程的重要工作部件，每台筛分机械都要选择一种符合它的工作要求的筛板。不同的物料，不同的场所应选用不同的筛板，以达到筛分的最佳效果。筛板应有足够的强度、较高的开孔率和不易堵孔等性能。振动筛振动时，筛板通过不同形状和大小的物料，在振动力的作用下，将不同粒度的物料进行分离，达到分级目的。耐热钢筛板主要应用于冶金、煤炭、化工、建材及水电工程、磨料垃圾处理、采石场等行业物料的洗矿、筛分、分级、脱渣、脱泥、脱水等行业。本文研究了耐热钢和筛板的各种化学成分及性能，并且还介绍了筛板的生产工艺，包括它的造型、制芯、熔炼浇注等过程。最后并通过一系列的实验得到了应用比较广泛的筛板材料1Cr18Ni9的晶相图和硬度值，简单的分析了它的基本性能。关键词：耐热钢；筛板iiiAbstractHeat-resistantsteelisathightemperaturewithhightemperatureoxidationresistanceandadequatestrengthandgoodheatresistanceofsteel.Sieveisascreeningmachinetocompletethescreeningprocess,theimportantworkingparts,eachscreeningmachinerymustselectalineofitsworkrequirementssieve.Differentmaterials,differentplacesdifferentsieveshouldbeusedtoachievescreeningofthebestresults.Sieveshouldhavesufficientstrength,highopenporosityandporeblockingandotherpropertiesisnoteasy.Vibrationshaker,sievethroughthedifferentshapesandsizesofmaterialsundervibrationforce,theseparationofdifferentsizematerialstoachievethepurposeofclassification。Heat-resistantsteelsieveismainlyusedinmetallurgy,coal,chemicals,buildingmaterialsandhydropowerprojects,abrasivewaste,quarrymaterialsandotherindustrieswashing,screening,grading,removingslag,removingmud,dehydrationandotherindustries.Inthispaper,heat-resistantsteelandsieveofvariouschemicalcompositionandproperties,andalsointroducesthesieveoftheproductionprocess,includingitsshape,coremaking,meltingandpouringprocessandsoon.Finally,throughaseriesofexperimentshavebeenusedwidelyinthesievematerial1Cr18Ni9crystallinephasediagramandhardnessvalues,asimpleanalysisofitsbasicproperties.Keywords:Heat-resistantsteel,Sieveiv目录摘要.iiAbstract.iii1概述.11.1耐热钢.11.1.1耐热钢简介.11.1.2化学成分和组织.11.1.3耐热钢的分类.11.1.4耐热钢中合金元素的作用.21.1.5耐热钢的生产工艺.31.1.6中国耐热钢的牌号表示方法.51.1.7耐热钢的基本性能.51.2筛板.71.2.1定义.71.2.2筛板的分类.81.2.3筛孔的形状.91.2.4筛板的作用与特点.101.2.5筛板的适用范围.102实验方法.112.1耐热钢筛板的研究.错误!未定义书签。2.1.1筛板的性能要求.错误!未定义书签。2.1.2筛板的生产工艺.错误!未定义书签。2.2实验方法的制定.错误!未定义书签。2.2.11Cr18Ni9的化学成分及性能介绍.错误!未定义书签。2.2.2晶相组织的观察.错误!未定义书签。2.2.3硬度测定.错误!未定义书签。3实验结果及分析.183.1晶相组织分析.183.2试样的硬度分析.19附件1：.2附件2：.3附件3：.4附件4：.5附件5：.6外文翻译.7外语原文.14致谢.2011概述耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢的发展与电站、锅炉、燃气轮机、内燃机、航空发动机等各工业部门的技术进步密切相关。由于各类机械、装置使用的温度和所承受的应力不同，以及所处的环各异，因此所采用的钢材种类也各不相同。这里所谈的温度是个相对的概念。筛板的使用范围十分的广，几乎涉及到生活中的方方面面，在加工和制造时都需要用到各种类型的筛板。耐热钢筛板主要用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工、医药、食品等行业。1.1耐热钢1.1.1耐热钢简介耐热钢是指在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢。耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。它在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600620；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。1.1.2化学成分和组织耐热钢的主要成分除铁、碳外，还有铬、硅、镍、锰、钒、钛、铌等合金元素。由于铁碳以及各种合金元素的成分和比例不同，生产出来的各种耐热钢的组织也各不相同，主要有珠光体钢、马氏体、铁素体钢、奥氏体钢等。1.1.3耐热钢的分类按组织分类A：珠光体钢合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5。其组织除珠光体、铁素体外,2还有贝氏体。这类钢在500600有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作600以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16Mo,15CrMo,12Cr1MoV,12Cr2MoWVTiB10Cr2Mo1等。B：马氏体钢含铬量一般为713%,在650以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。C：铁素体钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。D：奥氏体钢含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在600以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用作在600以上工作的热强材料。典型钢种有1Cr18Ni9Ti,1Cr23Ni13,1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。1.1.4耐热钢中合金元素的作用硅:这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。硅是钢中常见的元素之一。作为一种合金元素，硅在钢中的含量一般不应低于0.40%。硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于铁素体或奥氏体中。它提高钢中固溶体的强度，其冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于磷，但同时也在一定程度上降低钢的韧性和塑性。硅能提高钢的退火、正火和淬火温度，降低碳在铁素体中的扩散速度，增加钢的回火稳定性。铬：铬是耐磨材料的基本元素之一，主要作用是提高钢的淬透性，同时固溶强化基体，显著改善钢的抗氧化作用，增加其抗腐蚀的能力，铬和铁形成连续固溶体，与碳形成多种化合物，铬的复杂碳化物(Cr，Fe)7C3对于钢的性能有显著的影响，特别是提高耐磨性，Cr与Fe形成金属间化合物6相(Fe，Cr)。铬能显著增加钢的淬透性，但亦有增加钢的回火脆性的倾向。铬提高钢的回火脆性，降低钢的马氏体点Ms。铬加入纯铁和钢中，在一定含铬量时，都能提高强度和硬度。锰:锰是好的脱氧剂和脱硫剂。锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子，锰在钢中由于降低临3界转变温度，起到细化珠光体的作用，也间接地起到提高珠光体钢强度的作用。锰还能显著降低钢的Ar1温度和奥氏体分解速度。锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。但是作为合金元素，锰也有它不利的一面。锰含量较高时，有使钢晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆性敏感性。冶炼浇铸和锻轧后冷却不当时，容易使钢产生白点。碳：碳是影响铸钢强度、硬度、韧性及淬透性、耐磨性的至关重要的元素。碳量过高，热处理后形成的高碳马氏体硬度高，但韧性低，且热处理时易形成裂纹；碳量过低，铸件淬透性差，硬度低，耐磨性不佳。钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。1.1.5耐热钢的生产工艺（1）冶炼：耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。（2）铸造：某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。（3）热处理：所谓热处理，是借助于一定的热作用来人为地改变金属合金内部的组织和结构，从而获得所需要性能的工艺操作。在各种金属材料和金属制品的生产过程中，热处理是不可缺少的重要环节之一。众所周知，钢材的热处理制度最终决定了钢材的组织与性能。因此钢材热处理工艺参数制定的正确与否，对钢材的使用寿命起着决定的作用。钢的淬火，就是将钢加热到临界温度(Ac3)以上，保温一定时间，使碳化物溶解并使奥氏体均匀化，并以大于临界冷却速度进行冷却的一种工艺过程。高强度钢的淬火加热温度往往比Ac3高3050或更高，而且保证晶粒不粗大。淬火温度对强度和塑性的影响规律主要是由于微观组织的变化引起的。淬火组织一般都是马氏体，马氏体是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。其形态依马氏体含碳量的高低而形成两种基本形态，即板条状马氏体和片状马氏体。两者无论在金相形态、亚结构特征晶体学位向关系以及性能等各方面均不相同。实验表明，碳量大于1%碳的马氏体完全为片状马氏体，其亚结构主要为孪晶，又称为孪晶马氏体。碳量小于0.2%的马氏体几乎全是板条状马氏体，若在低碳钢中加入大量的能使Ms点降低的合金元素，淬火后也会得到大量的孪晶马氏体，钢的韧性也会显著变坏。含碳量在0.20.4%的马氏体则是以板条状马氏体为主(占80%左右)的马氏体混合组织。淬火温度过高，淬透性