硼含量对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响毕业论文

广西大学本科毕业论文1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036C、35B、10SI、10MN、10CU、15CR、05V，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广西大学本科毕业论文2ABSTRACTHIGHBORONIRONBASEDWEARRESISTANTALLOYWITHHIGHHARDNESSOFBORIDEANDGOODTHERMALSTABILITYANDADDINGALLOYINGELEMENTS,ANDLOWPRODUCTIONCOSTLESSANDTHEADVANTAGESOFSIMPLEPROCESS,WEARRESISTANTMATERIALSINTHEFUTUREITHASWIDEAPPLICATIONPROSPECTSHIGHBORONIRONBASEDWEARRESISTANTALLOYOFBORONEXISTSMAINLYBORIDES,BORIDEINSTEADOFTHETRADITIONALIRONBASEDWEARRESISTANTALLOYASAWEARRESISTANTCARBIDEPHASE,BORONCARBIDEREPLACEMENT,DUETOTHEFORMATIONOFWEARRESISTANTCARBONISNOTPHASEELEMENTS,CANGREATLYREDUCETHEIRDOSAGE,HAVEALOWERCARBONCONTENTOFTHEMATRIX,THUSENSURINGAGOODWEARRESISTANTCASTIRONPHASE,ITISALSOTHEMATRIXWITHHIGHTOUGHNESS,WEARRESISTANTMATERIALSHAVEBETTERPERFORMANCETHEREFORE,THERESEARCHANDDEVELOPMENTOFHIGHBORONIRONBASEDWEARRESISTANTALLOYHAVEGREATSIGNIFICANCEONTHEECONOMICDEVELOPMENTINTHISPAPER,HIGHBORONIRONBASEDWEARRESISTANTALLOYCOMPOSITIONOPTIMIZATIONISTHERESEARCHOBJECTIVESBYOPTIMIZINGTHERATIOOFTHETESTBASEDONTHEMECHANICALPROPERTIESANDMICROSTRUCTURE,ASWELLASTHEBESTOPTIMALPERFORMANCEALLOYCOMBINATIONWASSTUDIEDTHERESULTSSHOWTHATTHEOPTIMIZEDDESIGNOFHIGHBORONIRONBASEDPOSTWEARRESISTANTALLOYCOMPOSITIONWTWAS036C，35B,10SI,10MN,10CU,15CR，05V,THANFORTHEFEATTHISPOINTTHEBESTOVERALLPERFORMANCEALLOYS,BOTHHIGHSTRENGTH,HARDNESSANDWEARRESISTANCE,HASACERTAINPLASTICITYANDTOUGHNESSKEYWORDSHIGHBORONALLOYBORIDEWEARRESISTANCEWEARRESISTANTMATERIALS广西大学本科毕业论文3目录第一章绪论111耐磨材料在经济建设中的作用112高硼铁基耐磨合金研究意义213高硼铁基耐磨合金的研究现状414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621高硼铁基耐磨合金的成分优化设计622配料723造型924熔炼、浇注1025试样加工11第三章力学性能测试1331拉伸试验1332冲击试验1433硬度测量1534拉伸试验结果1635冲击试验结果1836硬度测量结果20第四章金相组织观察2141金相观察设备2142金相观察过程2243高硼铁基合金的金相组织2244高硼铁基耐磨合金最优成分的确定24第五章结论与展望2651结论2652需要进一步研究的几个问题26参考文献28致谢29附录29广西大学本科毕业论文1第一章绪论11耐磨材料在经济建设中的作用111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。112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。广西大学本科毕业论文212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234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3XLO4，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，热处理时易变形开裂的不足，很难应用到重载、高冲广西大学本科毕业论文3击、要求设备高可靠性的碎石机上抗磨损部件上。高硼铁基合金脆性大的主要原因在于其中的硼化物形状和分布破坏了基体的连续性，因此，在外力作用下，易于在材料中产生较大的应力集中，使裂纹易于萌生和扩展。改善硼化物的形态和分布是改善其韧性的有效手段，特别是使硼化物呈团球状分布后，裂纹不容易沿着晶界扩展，因此，强度和韧性将会有明显提高。微合金变质处理是改变铸造合金中非金属相的结晶形貌的一种有效手段。提出开发高硼铁基合金耐磨材料，并用微量元素改善硼化物形态和分布，使其具有良好的强韧性和耐磨性，有望克服现有耐磨材料的不足，在抗磨粒磨损部件上将具有良好的推广应用前景。此外，通过研究硼元素与铁元素相互作用机理及其对硼化物形态与分布的影响，有望深入揭示材料组成、组织与性能之间的内在关系，具有高的学术价值。该项目同时对研究高性能钢铁材料的微合金化技术和强韧化技术有积极的理论指导意义和学术价值。因此，开展本课题的研究同时具有重要的科学意义和广泛的应用前景。13高硼铁基耐磨合金的研究现状长期以来，以硼作为主要合金元素的铸造铁基合金的研究国内外并未引起足够重视，近年来，随着镍、钼、钨、钒等合金元素供应日趋紧张，对高硼铸造铁基耐磨合金的研究渐渐引起了国内外的重视，亦有相关文献的报道。在铁基耐磨材料中，已经发现的耐磨硬质相主要有碳化物和硼化物两大类。以碳化物为耐磨硬质相的铁基耐磨材料国内外研究较多，而以硼化物为耐磨硬质相的铁基耐磨材料研究较少，究其原因是以往的研究结果表明，在钢铁材料中如果硼含量超过0003，将会在晶界上形成脆性硼化物，产生硼脆现象，使材料韧性显著降低。这样使人们形成传统的观念，硼会引起材料变脆，在生产中首先控制硼含量，其次是控制生产工艺（加热和冷却方式）。20世纪8O年代末以来，以硼化物为耐磨相的铸铁引起了人们的注意。硼化物具有较高的硬度（如M2B型硼化物的硬度可以达到2010HV，比传统高铬铸铁中碳化物的硬度高得多），可以利用其来做为耐磨相。另外，FEB与FEC二元相图非常相似，也存在生成奥氏体和硼化物的共晶反应。所以，以共晶硼化物替代共晶碳化物来形成一类新型的高铬铸铁是可能的。前苏联、澳大利亚、日本等国都对该类材料进行了研究，并发表了若干论文和申请了专利。以硼化物为耐磨硬质相的铁基合金的工业应用也引起了重视，据报道，瑞典AKERS公司于1996年从澳大利亚购买了铁铬硼合金的部分使用权，用于开发轧辊，其使用寿命达到球墨铸铁轧辊的8倍。以硼化物为耐磨相的铸铁虽然在国内已开始引起了人们的注意，但在这方面的研究仍然几乎为空白。清华大学符寒光等人在高硼铸造耐磨合金研究的进展一文中指出高硼铁基耐磨合金中硼化物的高硬度和良好的热稳定性以及合金元素加入量少和生产成本低且工艺简单的优势，预示着它在未来的耐磨材料领域有着广泛的应用前景，它也将是耐磨材料的重要发展方向。本研究探讨以硼化物代替传统铁基耐磨合金中的碳化物作为耐磨相的关键技术，进而开发出不但具有高的硬度和优良耐磨性能而且同时具有优异强韧性的新型耐磨材料。广西大学本科毕业论文4研究中首先探讨硼元素在铁基合金中与铁元素相互作用机理及其对硼化物形态与分布的影响，在此基础上，深入研究硼含量和碳含量对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响。14高硼铁基耐磨合金研究目的与内容141研究的目的以硼化物代替传统铁基耐磨合金中的碳化物作为耐磨相，开发以硼化物作为耐磨相的高硼铁基耐磨合金，这类耐磨合金既具有良好的耐磨性能，又有高的强韧性，应用范围大幅度扩大。142研究内容主要通过正交试验法开展实验和现代检测手段进行相应的检测，辅以计算机模拟分析和成分优化的基础上，进行多次实验室熔炼和制备工艺试验以及金相组织与性能的检测，分析所制取的以硼化物为耐磨相的高硼铁基耐磨合金的性能，探讨硼元素在高硼铁基耐磨合金中与铁元素相互作用机理及其对硼化物形态与分布的影响，在此基础上，深入研究硼含量和碳含量对高硼铁基耐磨合金组织和性能的影响。根据分析结果，反复优选配方和制取工艺参数，进而选出合理碳硼最优配比。第二章高硼铁基耐磨合金的制备过程21高硼铁基耐磨合金的成分优化设计高硼铁基合金的制备原材料为生铁、废钢、75硅铁、65锰铁、硼铁、钒铁、铬铁和电解铜。碳、硅、锰三大元素是配制不同牌号铸铁的主要元素，而碳又是首要元素。碳是强烈促进石墨化的元素，石墨来源于碳，随着碳含量的提高，铁水中的碳浓度和未溶广西大学本科毕业论文5解的石墨微粒增多，有利于石墨形核，从而促进了石墨化。但是碳含量过高，石墨也变得粗大，基体中珠光体数量减少，铁素体增加，将导致铸铁的强度、硬度下降，组织疏松。硅是铸铁石墨化的一个重要元素。实验表明若铸铁中没有硅或含硅很少时，就是含碳很高，石墨化也很困难，只有在铸铁中有硅存在时，碳量的提高才能起促进石墨化的作用。锰是一个阻碍石墨化的元素。锰能溶于铁素体和渗碳体，起固定碳的作用，从而阻碍石墨化。MN能与S结合生成MNS，消除硫的有害影响。普通灰口铸铁的锰含量一般在0514范围内，若要获得铁素体基体，则取下限。若要获得珠光体基体，则取上限。过高的锰含量易产生游离渗碳体，增加铸铁的脆性。锰在铸铁中通常是作为有益合金元素加入的，因为一般铸铁中都含有硫，而锰可以抵消硫的有害作用。硫阻碍碳原子的扩散，是一个促进白口铸铁的元素，而且降低铁水的流动性，恶化铸造性能，增加铸件缩松缺陷。因此，硫是一个有害元素，其含量应控制在015以下。磷是一个促进石墨化不十分强烈的元素。磷在奥氏体和铁素体中的固溶度很小，且随铸铁中碳含量的增加而减小。当P含量大于02后，就会出现化合物FE3P，它常以二元磷共晶AFE3P或三元磷共晶AFE3PFE3C的形态存在。磷共晶的性质硬而脆，在铸铁组织中呈孤立、细小、均匀分布时，可以提高铸铁件的耐磨性。反之，若以粗大连续网状分布时，将降低铸件的强度，增加铸件的脆性，造成铸件产生冷裂。铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但同时降低塑性和韧性。钒是钢的优良脱氧剂。钢中加适量的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性。本实验以总重4千克为标准确定生铁和废钢加入量，并且根据调控生铁和废钢的配比来实现配料中要求的碳含量。实验通过控制75硅铁、65锰铁、钒铁、铬铁、电解铜和硼铁的加入量来控制各种元素的含量。通过配料实现不同要求下的碳硼配比组合。22配料221高硼铁基耐磨合金化学成分设计碳是高硼铁基耐磨合金中的重要元素，主要怍用是提高淬硬性和淬透性。碳含量过高，淬火组织中会出现大量脆性的高碳马氏体，降低高硼铁基耐磨合金的强度和韧性；硼也是高硼铁基耐磨合金的主要合金元素，其作用是为了获得高硬度的硼化物。部分硼溶入基体，有利于改善高硼铁基耐磨合金的淬透性和淬硬性。但硼加入量过多，形成的硼化物数量太多，会使合金的强度和韧性大幅度降低。基体的性能受碳含量的影响最大,同时硼化物的数量以及分布状态也将对材料的韧性产生重要的影响,因此硼、碳是决定高硼铁基合金基本性能的最重要的两种元素,它们的含量对高硼铁基合金组织和性能的影响是研究该类材料的基础。基于上述考虑，本试验的方法是固定其它元素，考察碳、硼加入量对合金组织和性能的影响，因此设计的试验合金化学成分如下C036，043，05广西大学本科毕业论文6B25，30，35CR05，1015MN10；CU10；V05；SI10；P、S越少越好。222原材料成分及其在中频炉中变化率试验用原材料及其化学成分见表21，中频感应电炉熔炼过程中元素的变化率见表22表21原材料及其化学成分表原材料SIMNPSCCRALCUBV低碳钢0190410017001402503生铁127017009800541375硅铁7550500400265锰铁3656550400366硼铁087003700030341556钒铁1202200400101106518铬铁23010041650电解铜000300010005999表22中频感应电炉熔炼过程中元素的变化率元素名称碳硼硅锰钒铬硫磷变化率烧损05烧损3烧损5烧损5基本没变化烧损5基本没变化基本没变化223配料单每炉合金以4千克原料进行配料，计算过程参看附录，得配料单如表23所示。表23合金配料单单位克材料编号低碳钢生铁75硅铁65锰铁硼铁钒铁铬铁电解铜1313613624426626386421402广西大学本科毕业论文7230405543423546626386842402329414113532245266263861263402429627338454795386842402528842378324587953861263402628438161832645779538642140272789431446592763861263402828098626328462927638642140292709212283084669276386842402224试验炉次安排,通过正交试验法开展实验，试验炉次安排见表24。表24合金的熔炼成分（）元素编号CBGRSIMNVCU103625051010051020432510101005103052515101005104036301010100510504330151010051060530051010051070363515101005108043350510100510905351010100510广西大学本科毕业论文823造型231实验造型要求实验的造型图如图21所示图21实验造型图232造型设备简易砂箱、木模、铁钩、夹子、细铁条、铁锤、铲子、定位铁棒、翻砂机、砂冲、刷子、浇口棒、烘干设备等。233造型原材料型砂、滑石粉。234造型方法采用假箱法进行手工造型。采用双砂箱，顶浇式浇注系统。24熔炼、浇注241熔炼设备12KG中频感应电炉及附属工具。感应电炉是利用电流感应产生热量来加热和熔化铁料的熔炉。中频炉将三相工频交流电，整流后变成直流电，再把直流电变为可调节的电流，供给由电容和感应线圈里流过的交变电流，在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈里盛放的金属材料，在金属材料中产生很大的涡流。这种涡流同样具有中频电流的一些性质，即金属自身的自广西大学本科毕业论文9由电子在有电阻的金属体里流动要产生热量。炉子的构造分为有芯式和无芯式两种，在无芯式感应电炉中，坩埚内的铁料在交变磁场的作用下产生感应电流，并因此产生热量，而将其自身熔化和使铁液过热。感应电炉适用于熔炼高质量灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等。无芯感应电炉能够直接熔化固体炉料，而且开炉及停炉比较方便，适合于间断性生产条件。感应电炉作为熔炼设备，具有诸多优点，可以稳定生产高质量的铸件，同时改善了劳动条件，降低了环境污染。242熔炼浇注过程1、加热中频炉炉温2、将炉料放入中频炉进行融化3、将熔融的合金液体倒入砂型4、自然风干5、清砂、取出铸件。原材料包括；废钢、生铁、钒铁、硼铁、75硅铁、65锰铁、铬铁、铜、混合稀土。为了保证所配成分的准确可靠，在每次熔炼之前要进行洗炉。熔炼时进行造渣、扒渣、铝丝脱氧。另外，为了提高硼的收得率，高硼合金的熔炼温度和浇注温度也应该严格按照FEB相图确定的合适温度进行，同时熔体不能在空气中保留时间过长。熔炼温度控制在15001550，挠注温度控制在14501500。铸型采用砂型铸造工艺制作，浇注前至少在500焙烧2小时。熔炼时的加料顺序依次为先加入废钢，硅铁，锰铁，生铁，钒铁，铬铁，待熔清后加入硼铁，铜最后加入稀土和铝。25试样加工251加工方法由于制造的铸件为高耐磨高硬度的材料，无法直接使用车床加工，于是浇注成型试样，并用砂轮机打磨的方式进行粗加工，得到所需尺寸。拉伸试样尺寸见图22，冲击试样尺寸见图23。图22拉伸试样示意图拉伸试样大端直径20，试样加工后总长100MM。广西大学本科毕业论文10图23冲击试样示意图试样数量每炉分别浇注三根拉伸试样，尺寸为2530150每炉分别浇注三根冲击试样，尺寸为1515150252加工设备砂轮机、切割机、游标卡尺、铁锤等。第三章力学性能测试31拉伸试验311拉伸试验介绍拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。312拉伸试验设备电子拉伸试验机。电子拉伸试验机经调速系统控制伺服电机转动，经减速系统减速后通过精密丝杠副带横梁上升、下降，完成试样的拉伸力学性能试验，具有较宽的调速范围。电子拉伸试验机有以下特点1、调速系统采用伺服电机和减速机，性能稳定可靠，具有过流、过压、过载等保护功能。2、传动部分采用圆弧同步齿形带，精密丝杠副传动，传动平稳，噪音低，传动效率高。3、配有微机接口，可外接微机实现试验过程的控制及数据的存储、打印。4、万向节采用广西大学本科毕业论文11十字插销结构，而且具有摆角限制功能，一方面便于试样夹持，保证试验同心度，另一方面很好的消除了不规则试样对传感器的影响。5、触摸健操作方式，液晶显示器实时显示，克服了老式数码管显示容易发生故障的问题。拉伸试验机示意图见图31。图31拉伸试验机示意图313拉伸试验过程1、调整试验机和自动绘图装置，装好试件，对以上工作进行检查。2、进行实验。开动试验机，缓慢均匀地加载，直至试件被拉断。关闭试验机，记录拉断时的最大荷载值，取下试件和记录纸。3、结束实验。请指导教师检查试验记录。将试验设备、工具复原，清理试验场地。32冲击试验321冲击试验介绍冲击载荷指以较高的速度施加到零件上的载荷，当零件在承受冲击载荷时，瞬间冲击所引起的应力和变形比静载荷时要大的多，因此，在制造这类零件时，就必须考虑到材料的抵抗冲击载荷能力，即材料的冲击性能。通过冲击试验测定试样冲击性能。322冲击试验设备本次冲击试验使用RKP450型式波冲击试验机进行试验。RKP450型式波冲击试验机适合于各种不同材料，特别是金属材料在（150450J）冲击载荷下的物理力学性能测试。整机设计精巧、美观，在一台主机上就能实现简支梁、悬臂梁等结构的冲击拉伸测试。该机测试范围广、功能齐全，可以满足DIN、ASTM、ENISO等各类不同标准的测试要求。RKP450型式波冲击试验机示意图见图32。广西大学本科毕业论文12图32RKP450型式波冲击试验机示意图323冲击试验过程1、设备调零2、安装试样3、进行冲击4、读取读数。33硬度测量331测量硬度意义硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。332试验设备洛氏硬度计。洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。本实验采用HRC标准。洛氏硬度计示意图见图33。广西大学本科毕业论文13图33HR150A洛氏硬度计示意图333试验过程1、选取合适的硬度测试试样磨平2、进行硬度测量3、记录数据。34拉伸试验结果341拉伸试验数据这次试验对每次实验的多个试样进行了拉伸，整理后得到的数据见表31，根据表31可以画出硼含量与抗拉强度关系曲线图见图34以及硼含量与延伸率关系曲线见图35。表31拉伸试验数据表性能含量（）抗拉强度（MPA）延伸率（）B25245309750B30459934580C036B35363386920B25328623680B30107301980C043B35201603921B25154603243B30154803409C05B35325726510广西大学本科毕业论文14图34硼含量与抗拉强度关系曲线图图35硼含量与延伸率关系曲线图342拉伸试验结果分析从图34可以看到，含碳量为036合金的抗拉强度整体上远比含碳量为043和05的合金好，最大值是最小值的4倍以上。在含碳量为036的情况下，抗拉强度随含硼量的增加先增后减，并且在含硼量为30时合金的抗拉强度最好，含硼量为35合金的抗拉强度稍微低一点。从图35可以看到，含碳量为036合金的延伸率整体上远比含碳量为043和05的合金好。在含碳量为036的情况下延伸率随含硼量的增加而增加，并且在含硼量为广西大学本科毕业论文1535时合金的延伸率最好。35冲击试验结果351冲击试验数据在本试验中，分别对每次实验的试样进行了冲击试验。整理冲击实验结果如表32所示，根据表32可以得到冲击性能曲线图36。表32冲击试验数据表性能含量（）冲击韧度B256126B307115C036B354757B255838B303638C043B355896B254870B302923C05B356881广西大学本科毕业论文16图36冲击性能曲线图352冲击试验结果分析从图36可以看到，含碳量为036合金的冲击韧性整体上比含碳量为043和05的合金好。在含碳量为036的情况下冲击韧性随含硼量的增加先增后减，并且在含硼量为30时合金的冲击韧性最好。冲击韧性的波动比较大的原因是硼碳化合物分布的不均匀，对基体的割裂作用比较大。36硬度测量结果361硬度测量数据试样硬度测量值如表33所示。为了保证精确度，每组实验试样各取3个测试点进行测量，然后取其平均值作为实验数据。表33试样硬度表（HRC）硬度编号测试点一测试点二测试点三平均14144434272485515250535049464834525545535335475048483651525505513广西大学本科毕业论文177605756857984850514979545455354362硬度测量结果分析由表33可以看到，高硼铁基合金的硬度较高，平均硬度值达到507（HRC）。尤其是第7组实验（C036B35）试样的硬度最高，平均为579HRC。对于高硼铁基合金的宏观硬度来说，其主要由基体的硬度和硼化物的硬度以及硼化物的含量来决定。在铸态下，高硼铁基合金的组织由共晶硼化物、铁素体和珠光体三相组成，铁素体在组织中的形态呈不规则的块状，分布在硼化物的周围。硼化物是脆硬的化合物，具有较高的硬度，例如M2B型硼化物的硬度可以达到2010HV，比传统高铬铸铁中碳化物的硬度高得多。正因为高硼铁基合金组织中存在一定量的高硬度的硼化物，因此其宏观硬度较高，耐磨性能良好。根据上述结果和分析，我们可以得出这样的结论高硼铁基耐磨合金的铸态硬度主要与合金的含硼量有关，含硼量越高，铸态硬度越高，而含碳量对铸态宏观硬度的影响较小。广西大学本科毕业论文18第四章金相组织观察41金相观察设备抛光机。抛光机是一种电动工具，抛光机由底座、抛盘、抛光织物、抛光罩及盖等基本元件组成。电动机固定在底座上，固定抛光盘用的锥套通过螺钉与电动机轴相连。抛光织物通过套圈紧固在抛光盘上，电动机通过底座上的开关接通电源起动后，便可用手对试样施加压力在转动的抛光盘上进行抛光。抛光过程中加入的抛光液可通过固定在底座上的塑料盘中的排水管流入置于抛光机旁的方盘内。4XZ型金相显微镜摄影仪。4XZ型系列显微摄影仪是一种以摄影方法记录各种金相组织的显微镜、金相显微物镜、偏光显微物镜中所看到的各种物象的仪器。Z型系列显微摄影装置进行拍摄记录，适应于生物，金相，偏光，微循环，实体等各类显微镜配套的摄影仪，另外配上适当的生物显微镜接筒还可以和其他的国内外显微镜配合应用进行拍摄记录。42金相观察过程1、选取试样2、用砂纸打磨试样3、抛光4、用4NHO3酒精腐蚀5、金相观察。43高硼铁基合金的金相组织431高硼铁基合金的金相组织观察在显微镜下观察和分析金相样品的组织，以及在4XZ型生物显微镜摄影仪观察其金相并拍下其图象。金相显微镜的介绍金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美地结合在一起而开发研制成的高科技产品，可以在计算机上很方便地观察金相图像，从而对金相图谱进行分析，评级等以及对图片进行输出、打印。众所周知，合金的成分、热处理工艺、冷热加工工艺直接影响金属材料的内部组织、结构的变化，从而使机件的机械性能发生变化。因此用金相显微镜来观察检验分析金属内部的组织结构是工业生产中的一种重要手段。金相显微镜主要由光学系统、照明系统、机械系统、附件装置包括摄影或其它如显微硬度等装置组成。示意图见图41。广西大学本科毕业论文19图41金相显微镜示意图根据各组实验的力学性能分析结果分别取第2组（B25）、第4组B30和第7组（B35）的试样进行金相观察，金相组织如图42、图43、图44所示。（左图放大100倍，右图放大400倍）图42B25金相图（100400）图43B30金相图（100400）广西大学本科毕业论文20图44B35金相图（100400）以上图片中黑色为基体，白色为硼化物。432金相组织分析从图42、图43、图44可以清楚看到，在铸态下，高硼铁基合金组织由共晶硼化物、铁素体和珠光体三相组成。铁素体在组织中的形态呈不规则的块状，分布在硼化物的周围，硼化物在组织中呈团簇状、网状结构分布，基体被硼化物分割。硼化物团簇基本由3种形态组成（见图42、43、44），即蜂窝状、鱼骨状和板块状。共晶硼化物的形态是与其共晶特性分不开的，硼化物的共晶反应是属于非小平面小平面长大方式的，因此呈现这3种形态。组织中大量硬脆硼化物的存在虽然可以增加材料的硬度和耐磨性，但是它对基体的分割必将损害材料的韧性，因此，改善硼化物形态的研究非常重要。由金相图可以看出含硼量为35合金的硼化物组织比较细，分布均匀。合金的组织要比含硼量为25、30合金的组织要好。44高硼铁基耐磨合金最优成分的确定数据综合表如表41表41数据综合表炉次元素含量（）抗拉强度（MPA）延伸率（）冲击韧性硬度1C036B2524530975061264272C043B2532862368058385053C05B251546032434870483广西大学本科毕业论文214C036B3045993458071155335C043B3010730198036384836C05B3015480340929235137C036B3536338692047575798C043B3520160392158964799C05B35325726510688154通过力学性能检测和金相组织观察分析，结合表41数据综合考虑，得到在本实验条件下，高硼铁基耐磨合金的最优成分组合如表42所示。表42高硼铁基耐磨合金的优化成分（）元素炉次CBSIMNCUCRV7036351010101505广西大学本科毕业论文22第五章结论与展望51结论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，研究了高硼铁基耐磨合金的成分优化，主要取得如下成果1、硼、碳是决定高硼铁基耐磨合金基本性能的最重要的两种元素，它们的含量对高硼铁基耐磨合金组织和性能有着重要的影响，因此它们的含量对高硼铁基合金组织和性能的影响是研究该类材料的基础。2、对于高硼铁基耐磨合金来说，基体是材料韧性的来源，基体的性能受碳含量的影响最大，同时硼化物的数量以及分布状态