35CrMnSi铸钢的组织和性能研究

佳木斯大学本科毕业设计（论文）佳木斯大学论文题目作者姓名佳木斯大学本科毕业设计（论文）毕业论文（设计）论文题目 35CrMnSi 铸钢组织和性能研究学 院 材料科学与工程年 级 2011 级专 业 材料成型及控制工程学生姓名 唐庆宇学 号 11080140219指导教师 李俊刚 副教授佳木斯大学佳木斯大学本科毕业设计（论文）毕业论文（设计）论文题目 35CrMnSi 铸钢组织和性能研究学 院 材料科学与工程年 级 2011 级专 业 材料成型及控制工程学生姓名学 号 11080140219指导教师佳木斯大学佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 I 页摘 要本课题通过 10kg 中频炉进行熔炼，浇注 35CrMnSi 铸钢试样。采用 930淬火+630 回火， 870退火热处理。采用倒置式显微镜观看铸态和热处理之后试样的金相组织，用 ZBC-300B 全自动金属摆锤冲击试验机测试铸态和热处理之后试样的冲击韧性，用布氏硬度仪测试铸态和热处理之后试样的硬度，采用微机控制电荷伺服万能试验机测试铸态和热处理之后试样的拉伸性能。结果表明：铸态的 35CrMnSi 铸钢的组织为铁素体 +珠光体，采用 930淬火+630 回火热处理工艺的 35CrMnSi 铸钢的组织为回火索氏体，采用 870退火热处理工艺之后的 35CrMnSi 铸钢的组织为铁素体 +珠光体。铸态的 35CrMnSi 铸钢试样的冲击韧性值为42J/cm2,采用 930淬火+630 回火热处理工艺的 35CrMnSi 铸钢的冲击韧性值为121J/cm2，采用 870退火热处理工艺之后 35CrMnSi 铸钢的冲击韧性值为 174J/cm2，实验表明热处理之后的 35CrMnSi 铸钢的冲击韧性要高于铸态的 35CrMnSi 铸钢。铸态的35CrMnSi 铸钢试样的硬度为 193HBW，采用 930 淬火+630 回火热处理工艺的35CrMnSi 铸钢的硬度为 137HBW，采用 870退火热处理工艺之后的 35CrMnSi 铸钢的硬度为 155HBW，实验表明热处理之后的 35CrMnSi 铸钢的硬度低于铸态的 35CrMnSi 铸钢。铸态的 35CrMnSi 铸钢的抗拉强度为 300MPa,采用 930淬火+630回火热处理工艺的 35CrMnSi 铸钢的抗拉强度为 500MPa。关键词：35CrMnSi 铸钢； 显 微 组 织 ； 热 处 理 ； 性 能佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 II 页AbstractThis paper is concerning about casting 35CrMnSi steel specimen by smelting in 10kg IF furnace. The specimen goes through 930 + 630 quenching and tempering, 870 annealing. The specimen has good mechanical properties, high strength, sufficient toughness, good hardenability, weldability and formability after beging treadted heatly. 35CrMnSi steel is very hardenabilized material and it owes strength, hardness, toughness and fatigue strength of good mechanical properties after appropriate heat treatment, which can adapt to a more complex coal production working conditions. Metallographic sample was observed after the heat treatment. Comparing the toughness and hardness of specimen which after heat treatment with non-heat-treated specimens.The results show that: Mechanical properties of 35CrMnSi steel obviously improved after dealed with 930 quenching +630 Tempering heat treatment process and 870 annealing heat treatment than that it is in the cast state.Key words: 35CrMnSi steel; microstructure; property佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 III 页目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题的目的和意义 .11.1.1 课题的目的 .11.1.2 课题的意义 .11.2 课题背景 .11.3 文献综述 .21.3.1 铸造低合金钢的发展概况 .21.3.2 35CrMnSi 合金钢制作工艺 .21.3.3 35CrMnSi 合金钢的应用 .61.4 本领域存在的问题 .71.5 本课题主要研究内容 .7第 2 章 实验材料及方法 .82.1 实验材料 .82.2 35CRMNSI 铸钢的成分确定以及配料 .82.3 实验设备及仪器 .92.4 实验原理及方法 .92.4.1 实验原理 .92.4.2 实验方法 .92.5 实验步骤 .102.5.1 35CrMnSi 铸钢试样的制备 .102.5.2 熔炼浇注 .112.5.3 清砂 .122.5.4 热处理工艺方案的确定 .132.5.5 打磨试样 .142.5.6 冲击实验 .152.5.7 硬度试验 .152.5.8 拉伸试验 .162.5.9 金相试样的磨制 .17第 3 章 铸态和热处理后组织及分析 .203.1 金相实验结果 .20佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 IV 页3.2 金相组织分析 .23第 4 章 性能结果及分析 .244.1 冲击试验结果 .244.2 布氏硬度实验结果 .244.3 拉伸试验实验结果 .254.4 冲击韧性实验分析 .274.5 布氏硬度实验分析 .284.6 拉伸试验的分析 .29结论 .31致谢 .32参考文献 .33佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 1 页第 1 章 绪论1.1 课题的目的和意义1.1.1 课题的目的35CrMnSi 钢是一种低合金模具钢，通过热处理后获得优异性能。制备试样研究35CrMnSi 铸钢的组织、性能、热处理工艺等。1.1.2 课题的意义35CrMnsi 钢在煤矿业的应用很广泛。例如:采煤机截齿是截割煤岩的刃部,它由35CrMnsi 钢锻造齿体上钎焊 YG13C 硬质合金齿头组合而成。采煤机工作时,截齿遭受严重磨损 1。 35CrMnsi 钢齿体钎焊的硬质合金齿头具有承载和抵抗磨损的作用，截齿的工作应力复杂。不仅受压应力、弯曲应力作用，而且在遇有杂矿等硬的矿物时还受冲击载荷作用，这往往造成齿头早期脱落，加速截齿的磨损失效。由于采煤截齿钎焊质量不佳，全国每年造成十分巨大的经济损失，不仅造成截齿的巨大消耗和提高煤炭生产成本，同时由于更换截齿，延误工时造成采煤机效率下降。关于截齿钎焊已取得了一定的成果，但齿头早期脱落的现象仍很严重，间题依旧存在。因此，采煤机截齿钎焊质量仍是一个急待解决的研究课题。通过改善钢的组织来改变钢的力学性能，提高生产力，推动社会经济的发展。1.2 课题背景碳钢是传统的铸钢材料，应用面很广，但其性能仍有一些不足之处，不能充分满足现代工业对铸件质量的要求。在工程和结构用铸件方面，各种低合金钢的发展弥补了铸造碳钢的不足，这种不足主要表现在以下三个方面 2： 铸造碳钢强度的提高，只能靠增高碳含量。可是，钢中的碳含量提高以后，塑性和韧性下降、可焊性恶化，用此种方式提高强度的幅度是极其有限的。为避免高碳佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 2 页含量带来的问题，现在碳钢实际上已演变为低锰钢。对强度、塑性和韧性有更高的应采用加有其他合金元素的低合金钢。 加入合金元素可显著改善淬透性 碳钢铸件适用温度范围较窄。低温性能尚好，在 -45仍具有较好的塑性和韧性，但强度并不高：温度在 300以上，强度急剧下降。用于高温或超低温条件时都应增加合金元素。1.3 文献综述35CrMnSi 钢是低合金超高强度钢 ,热处理后有好的综合力学性能，高强度，足够的韧性，淬透性，焊接性，加工成型性均较好。35CrMnSi 钢是淬透性较好的材质，经适当的热处理后可得到强度、硬度、韧性和疲劳强度较好的综合力学性能，能适应采煤生产较复杂的工况条件。本次试验采用 930淬火+630回火，870退火热处理。热处理后有好的综合力学性能,高强度,足够的韧性,淬透性,焊接性,加工成型性均较好。1.3.1 铸造低合金钢的发展概况铸钢在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料。有的文献提到，最早的液态炼钢大约在公元500年出现于印度，但有可靠记载的是1750年英国人Benjamin Huntsman 的工作，他在坩埚炉及耐火材料方面做出了重要的改进，从而炼成了钢，但其具体情况不详 3。第二次世界大战以后，科学技术迅猛发展，经济增长之快是前所未有的。在这一总的形式，低合金铸钢在铸钢工业中应用日益广泛。35CrMnSi钢作为一种低合金高强钢在冶金、矿山设备、船舶、汽车、航空航天设备、工程设备上应用广泛。1.3.2 35CrMnSi 合金钢制作工艺（1）熔炼过程的控制要点佳木斯大学本科毕业设计（论文）第 3 页我国目前的冶炼设备主要是以电炉为主，而电炉又是以电弧炉为主导，碱性电弧炉氧化法炼钢有其独特的优势。因而运用碱性电弧炉氧化法冶炼低合金钢，需要控制好熔炼过程的各项操作。1） 原材料的控制 4不同的钢种对原材料的要求不同，要炼好一炉钢，首先要保证炉料配制的技术要求，配料的准确性包括炉料重量及配料成分两方面。配料重量不准，容易导致冶炼过程化学成分控制不当或造成铸件浇不足等废品，也可能出现过量的浇余而增加消耗。炉料化学成分配得不准，会给冶炼操作带来极大困难，严重时将使冶炼无法进行。 因此，配料过程中，在确保重量与计划安排无误的情况下，主要考虑钢种规格成分、冶炼方法、元素特征及工艺的具体要求来控制炉料的化学成分。首先，根据钢种的规格成分，碳的配定要保证熔化期碳的烧损及氧化期的脱碳量，还要考虑还原期补加合金和造渣制度对钢液的增碳。其次，合金元素的配制要依据冶炼方法的不同而有所区别。氧化法炼钢时，合金通常不宜与炉料一起装炉，一些合金元素熔点高，不易氧化，可按钢种规格下限配入，并与炉料一起装炉，但合金料应注意避开电极电弧区，以减少它们的挥发。最后，对炉料中磷、硫成分的控制尤为重要，除磷、硫钢外，一般钢中的磷、硫含量均是配得越低越好，但顾及钢铁料的实际情况，磷、硫的配定以不超过规