毕业论文-合金元素对潜孔钻头用钢22SiMnCrNi2Mo的性能影响研究.docVIP

贵州大学本科毕业论文（设计） 本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：合金元素对潜孔钻头用钢22SiMnCrNi2Mo的性能影响研究 学 院： 材料与冶金学院 专 业： 材 料 物 理 班 级： 091 班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013年6月1日 贵州大学本科毕业论文（设计）目 录摘 要IAbstractI第一章 绪 论11.1研究潜孔钻头的背景与意义1 1.1.1 潜孔钻头的背景1 1.1.2 潜孔钻头的意义11.2 潜孔钻头的国内外研究状况11.3潜孔钻头仍存在的问题21.4合金元素对低碳合金钢的影响3 1.4.1合金元素在钢中的存在形式3 1.4.2合金元素对铁碳相图的影响2 1.4.3 Mn对低碳合金钢的影响4 1.4.4 Mn对低碳合金钢的影响4 1.4.5 Si对低碳合金钢的影响41.5本文课题的目的和内容5 1.5.1本文课题的目的5 1.5.2本文课题的内容5第二章 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢的成分、组织、工艺及性能62.1 实验材料62.1.1 实验基材62.1.2 实验仪器设备62.2 热处理后的组织观察72.3 常规性能测试以及整理数据8 2.3.1 拉伸实验8 2.3.2 硬度实验10 2.3.3 冲击实验11 2.4对实验结果讨论12第三章 实验结果分析与总结13 3.1 试样材料的金相组织分析13 3.2 总结Mn、Si元素含量的变化对22SiMnCrNi2Mo低碳合金钢性能的影响13第四章 结 论15参考文献16致 谢17II 贵州大学本科毕业论文（设计）合金元素对潜孔钻头用钢22SiMnCrNi2Mo的性能影响研究 摘 要在冲击、腐蚀和磨损并存的工况条件下，传统的湿式磨机衬扳材质，如高锰钢、中碳合金钢和高铬铸铁等，虽然各有优点，但综合表现不佳，低碳高合金钢的研制成功很好的解决了这一问题。这是一种新型的合金钢，本文就合金元素对其组织与性能的影响作了一些探讨。对不同成分Mn、Si含量的合金钢材料，按预定工艺淬火并回火，采用光学金相显微镜、显微硬度等手段分析了不同处理状态的组织构成，并测定了力学性能。结果表明，过高和过低的含碳量均产生不利影响，恰当的合金元素含量可以获得预期的组织与性能。为了研究合金元素对22SiMnCrNi2Mo低碳合金钢的性能影响，考虑到低含碳量对低碳高合金钢的影响：含量较低时不改变单相马氏体的组织，但具体含量的变化影响其性能。从合金元素成分、工艺、组织、性能的控制，寻求耐冲击、耐磨损、耐腐蚀的综合性能。本文重点研究合金元素含量对低碳合金钢的性能影响，找出力学性能最佳的一组合金成分的材料。关键词：低碳高合金钢,合金元素,碳含量,板条马氏体DTH Bits of alloying elements on the performance impact of steel 22SiMnCrNi2Mo Abstract In shock, corrosion and wear the coexistence of working conditions, the traditional pull wet mill lining materials, such as high manganese steel, carbon steel and high chromium cast iron, although its own advantages, but the overall poor performance, low-carbon the successful development of high-alloy steel a good solution to this problem. This is a new type of alloy steel, this article alloying elements and properties of their organizations were some discussions. Different components of Mn, Si content in steel materials, and tempered by a predetermined hardening process, using an optical microscope, by means of micro hardness of different processing state of tissue composition and mechanical properties were determined. The results show that the volume is too high and too low carbon adversely affect the proper content of alloying elements can obtain the desired microstructure and properties. Alloying elements on 22SiMnCrNi2Mo order to study the performance impact of low-carbon steel, low carbon content, taking into account the low carbon high alloy steel effects: lower content does not change the single-phase martensite, but the specific content changes affect its performance. From the alloying elements composition, process, organization, performance control, seeking impact resistance, wear resistance, corrosion overall performance. This paper focuses on the content of alloying elements on the performance impact of low-carbon steel to find the best mechanical properties of a combination of gold composition of the material.Key words: low carbon high alloy steel, alloying elements, carbon content, lath martensite 第 20 页 贵州大学本科毕业论文（设计） 第一章 绪 论 1.1 研究潜孔钻头的背景与意义 1.1.1 潜孔钻头的背景 潜孔钻具是一种以压缩空气为动力源，将凿岩冲击动力部份潜入凿岩孔中，通过冲击器的配气装置控制活塞作往返运动、冲击配置在冲击器前端的潜孔钻头，将冲击能量传递到钻头，由钻头破碎岩石的凿岩设备。 1.1.2 潜孔钻头的意义 潜孔凿岩钻机主要用于露天矿山开采、水利水电工程、岩石锚固孔钻凿，以及地下金属采矿等施工场地。与常见的凿岩机械相比，潜孔钻机具有钻孔深、钻凿孔径大、钻孔效率相对较高及适用范围广等特点，因此在凿岩机械产品中占据了很大一块市场。高风压潜孔钻头是高风压潜孔凿岩工程中的关键部件，也是主要消耗件之一。据统计，在凿岩成本中，钻头费用占20%以上。研制长寿命高风压潜孔钻头已成为高效、低耗凿岩必须解决的新世纪重大工程技术难题。目前首钢贵阳特殊钢有限责任公司正研发生产FF710（22SiMnCrNi2Mo）潜孔钻头，其产品在矿山实验过程中出现掉齿、崩块、不适应坚硬岩石等问题。本项目旨在通过对潜孔钻头的冶炼、热处理及固齿工艺方面的试验研究，找到提高潜孔钻头产品质量，延长使用寿命的途径和方法，从而扩大生产规模，创造更大经济效益。 1.2潜孔钻头的国内外研究状况 中高风压露天潜孔钻机应用普遍。如英格索兰的CM341、CM351、阿特拉斯科普柯的ROC400系列、ROC460系列的部分产品等。半液压潜孔钻也得到了广泛的应用。英格索兰的钻机、阿特拉斯科普柯的ROC璐钻机是较为典型的半液压潜孔钻机。这些设备的共同特点是自动化程度越来越高，部分功能实现智能化。 我国对潜孔钻机的研究起步较晚，现露天潜孔钻机已有多种机型及其配套设备，而应用于地下潜孔凿岩的钻机早期仅有YQ100型钻架，钻孔直径105mm，钻孔每台班67m。近年来，100mm左右孔径的井下潜孔钻机多台，但这些潜孔钻机由于钻孔直径和钻孔深度均较小，孔斜率也无法控制，不能满足大直径深孔采矿的要求。随着大直径深孔采矿方法在我国的推广和应用 ,为了解决凿岩设备依赖进口的局面 ,近年来 进行了一些研究工作 ,在钻具方面已有自己的系列 产品 ,钻机的研究一直发展缓慢 ,主要以仿制为主。先后仿制了 ROC306 (国产型号 DQ150 ) 20 余台 ,该钻机在我国大直径深孔采矿初期阶段发挥了重大作用 ,但由于其主要工作机构用气压驱动 ,使钻机工作 效率不高 ,定位稳定性差 ,钻孔精度低 ,不能满足生 产的需求 ,已淘汰使用。 近十余年来，我国的潜孔钻具工业取得了长足的发展，一大批具有相当制造实力的生产企业已经成为我国潜孔钻具工业的中坚力量，产品的性能和质量也不断提高。但和国际上著名生产厂商的产品相比，国产潜孔钻具仍然存在着技术性能指标和质量指标偏低，可靠性和使用寿命不稳定，部分产品技术参数匹配和结构设计欠佳，产品的性能得不到有效发挥，以及产品种类及品种规格偏少等一系列不足之处。随着我国基础设施工程建设规模不断增加，对凿岩钎具及钻具的市场需求量持续上升，选择高性能、高效率的凿岩机械已经成为工程部门关注的要点。在今后35年的时期内，潜孔钻具，特别是高风压潜孔钻具仍将会成为钻爆法工程施工中最受关注的凿岩工具种类之一。因此，研发生产出高质量的潜孔钻头对提升企业竞争力，发展贵州工业经济起到积极的推动作用。 1.3 潜孔钻头仍存在的问题 潜孔钻头工作条件恶劣，受矿石和磨球的冲击，此外运动到一定深度度机器的钻头与矿石对衬也产生强大的压强和一定的冲击，解决问题的关键在于，从成分、工艺、组织、性能的控制，寻求耐瘩、耐蚀及耐冲击的最佳配合范围。简而言之，要求潜孔凿岩有钻孔平直度高、孔壁光整、钻杆、冲击器刚性好、不依赖高轴向推力，钻孔深度不受限制和设备投资低、便于维护等一系列特点。鉴于目前常用的钻头材质，高锰钢韧性有余，硬度、耐磨性不足；中高碳低合金钢的韧性与耐蚀性不够；高铬铸铁耐磨耐蚀性好，但韧性不足。上述材质总是存在这样或那样的缺陷，所以低碳高合金钢在成分上力求耐磨、耐腐蚀、耐冲击三者并重。潜孔钻具主要包括潜孔钻机、潜孔钻杆、潜孔冲击器和潜孔钻头，从原材料进厂到成品出库全过程中，始终坚持高质量、严要求。 1.4 合金元素对低碳合金钢的影响 1.4.1合金元素在钢中的存在形式 合金元素在钢中的作用与其在钢中的存在形式有直接关系。台金元素在钢中的分布状况不仅与合金元素本身的特性、含量以及碳的含量有关，而且还受热处理工艺条件的直接影响。 1)溶入固溶体成为合金奥氏体或合金铁素体是合金元素在钢中存在的主要形式之一。 2)形成具有金属性的化合物。过渡族金属常与半径小的非金属元素形成碳化物、氮化物和硼化物，合金元素之间或合金元素与铁之间也可形成各种金属间化合物。碳化物也是合金元素存在的主要形式之一，根据形成的倾向大小，可将合金元素划分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素，前者如钛、锟、锆、钒、铝、钨、铬和锰等，后者有镍、硅、铝、钴、铜等。 3)微量地存在于非金属夹杂物中，如氧化物、硫化物、硅酸盐等。这是因为有些元素是在熔炼的最后阶段加入的，它们与钢液中残存的氧发生反应，形成氧化物，但来不及进入渣中，结果以极微细质点的非金属夹杂物存在于钢中。 4)自由状态存在。个别元素如铅、铜和铍含量超过其溶解度时，将以自由状态存在于钢中。 1.4.2合金元素对铁碳相图的影响 合金元素对铁碳相图的影响对于分析合金钢在热处理过程中的组织变化和制订热处理工艺是很重要的。实际上合金钢系三元或多元合金，应该建立三元或多元状态图作为研究合金钢中组织和相变的基础，但由于三元或多元相图较为复杂，而分析Fe-Fe3C平衡图的变化最为直观。因此遥常以铁碳相图为出发点，分析合金元素对它的影响，来粗略地了解合金元素的作用。 1）对奥氏体相区的影响：铁碳相图中的奥氏体相区即NJESG区，合金元素加入以后。可使其扩大或缩小，锰与镍属于前者。铬、钨、钒、钛、硅等属于后者，碳扩大r相区的作用是其他合金元素的几十倍以上。值得注意的是，缩小奥氏体相区的合金元素当其含量超过某一临界值后，可使奥氏体相区完全消失。铬的临界值约为19，除铬外，钨约为12：硅约为4.5；钛约为1.0。 2)对铁碳相图中S点和E点成分的影响：总的说来，凡能扩大r相区的元素随其含量的增加，均将使S点及E点向左下方移动(如锰、镍等)；凡能缩小r相区的合金元素随其含量的增加均将使S点及E点向左上方移动。S点是共析点，S点左移，说明共析含碳量减少，例如，一般碳素钢共析成分含碳量为08，如果钢中加入13铬，共析点的含碳量即移至O3，这样一来，含碳为O4的4Crl3不锈钢便属于过共析钢了。我们知道，所有的合金元素都降低共析含碳量。钼和钨稍有差别，当含量低时，使共析含碳量降低，当达到一定量后，又使共析碳量回升。 3)对临界点的影响：合金元素对铁碳相图的另一重要影响就是改变铁碳相图中临界点A1和A3的位置，因此合金钢的热处理温度不同于碳钢。规律如下：凡扩大r相区的合金元素如镍、锰、铜、氮等均将使铁碳相图中Al和A3的温度下降，但钴使A1和A3升高是个例外：缩小r相区的合金元素如钨、钼、硅、铝、铌、钒等，使铁碳相图中A1和A3的温度升高。铬稍有不同，含量低于75时使铁碳相图中A3点温度下降，含量高于75时则使A3温度升高，但随铬量增加，Al温度却一直是升高的。A1升高意昧着加热时奥氏体化的温度提高了，这直接影响着合金钢热处理的温度。 1.4.3合金元素对低碳合金钢性能的影响固溶于铁素体中的合金元素均能在不同程度上提高钢的屈服强度、抗拉强度及硬度，其中多种合金元素在提高强度的同时使塑性降低，因此对钢的冲击韧度也带来不同影响。P、Si、Mn强烈提高铁素体硬度而Cr、W、V、Mo则较弱，Si和Mn还强烈降低铁素体的冲击韧度，但少量的Mn、Cr、Ni能使冲击韧度稍有提高。低碳合金钢经过最终热处理获得的力学性能如下：油淬冷却的合金硬度HRC-51，冲击韧性ak50J/cm2；风冷后的合金硬度HRC45-50，冲击韧性ak60J/cm2。合金的铸态组织及各种热处理状态的组织均基本为板条马氏体。 1.4.4 Mn对低碳合金钢的影响Mn在钢中能显著扩大奥氏体相区，降低相变温度，细化相变组织，改变组织结构。当C含量较低时Mn不仅起到提高强度的作用，并能有效保证塑性和韧性，对低合金钢的耐蚀性也无明显影响。随着Mn含量的提高，铁素体、珠光体相变孕育期延长。这是由于锰扩大 r相区，形成无限固溶体及形成合金渗碳体。锰降低钢的相变临界点，导致钢中铁素体形核率增大，晶粒更加细小。锰显著延长孕育期，增加钢的淬透性。同时锰可以降低形成贝氏体组织的临界冷却速率。 1.4.5 Si对低碳合金钢的影响硅作为低碳贝氏体钢中的一种主要合金元素,在一定含量范围内可有效地提高钢中残留奥氏体量及其热稳定性和机械稳定性,从而使钢的强韧性得到改善。随着硅含量增加,低碳贝氏体钢的强度和韧性呈先增加后降低的规律变化,在某一硅含量下强度和韧性同时达到最大。Si不仅可提高钢的强度,而且在一定含量范围内还可降低韧脆转折温度,并可提高钢的塑性。此外,Si在钢中的另一作用是强烈阻止渗碳体析出,从而提高了钢的回火抗力,另一方面使贝氏体铁素体板条间存在一层残留奥氏体膜，形成准贝氏体组织,从而明显提高钢的强韧性及疲劳性能。 1.5 本文课题的目的和内容 1.5.1本文课题的目的 潜孔钻头工作条件相当恶劣，在钻凿过程中接触并破碎岩体，钎具在高频率高冲击功凿岩机施加的拉压弯曲扭转循环应力作用下，承受着巨大的冲击载荷和磨料的剧烈磨损。因此，为了提高潜孔钻头的使用寿命，要求钎具用钢的性能具有如下特点: 高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、极高的冲击疲劳性能、较高的空冷淬硬性、热处理工艺简单、成本低廉等。22SiMnCrNi2Mo钢是一种低碳马氏体合金钢，与瑞典钢号成分相近因其强韧性和工艺性能良好，被广泛应用制作钻头和渗碳钻具。 1.5.2 本文课题的主要内容： 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢的成分、组织、工艺及性能； 合金金成分对低碳高合金钢组织观察及常规性能的影响； 分析Mn、Si元素含量的变化对22SiMnCrNi2Mo低碳合金钢性能的影响； 第二章 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢的成分、组织、工艺及性能 2.1 实验材料 2.1.1 实验基材为了研究合金成分对低碳高合金钢的组织及性能的作用，所有的合金元素都使共析点S左移，且影响的强度相当的大，在高合金的条件下，这一趋势会体现的更加明显，此时，0.3的含碳量可能就已经成为实际意义上的“过共析钢”，因此为了保证低碳的需要，我们将碳含量的变化范围限定在0.3以下。考虑到碳含量对低碳高合金钢可能的影响包括两种情况：一是含量较低时不改变单相板条马氏体的组织，但是具体量的变化影响其性能。二是合金元素含量达到一定程度时，是否会改变组织构成。因此对于碳含量的研究，我们进行了从高到低，并最终采用了三种成分，即碳量分别为0.28、0.26和0.27。此碳量的比较可以说明第一种情况，而后一种则说明了第二种情况。对于其他合金含量的微量变化，由于是一项全新的尝试，因此首要前提是和Mn、Si微量变化低碳高合金钢一样，获得单相板条马氏体，在此基础上与同碳量的含镍低碳高合金钢作性能比较。本试验选用商用合金钢材料，牌号为 22SiMnCrNi2Mo的基本材料及其要求如下表（表2.1）： 表2.1 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢化学成分 钢号 C Mn Si P S Cr Ni Mo 1#0.28 1.42 1.4 0.01 0.07 0.34 1.86 0.4 2#0.26 1.39 1.34 0.01 0.011 0.36 1.82 0.41 3#0.27 1.32 1.340.0090.014 0.28 1.82 0.38 2.1.2 实验仪器设备 本实验主要有用于不同含量的合金元素材料进行热处理的箱式热处理炉，用于力学性能测试力学拉伸试样机、硬度仪、冲击试样机，用于组织金相观察光学金相显微镜等。 2.2 热处理工艺 针对于低碳合金钢的热处理工艺，主要有有正火、退火、淬火和回火四种基本工艺。正火、退火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 （1）正火： 是将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。目的是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 （2）退火 是将亚共析钢工件加热至AC3以上2040度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。 （3）淬火： 是将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。目的是使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度等。 （4）回火 是淬火后将工件加热到低于临界点的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。目的是为了获得所需要的稳定组织和性能，并消除或减少淬火内应力，防止工件变形开裂，稳定组织，降低硬度，便于加工。本实验旨在研究是合金元素对潜孔钻头用钢22SiMnCrNi2Mo的性能影响对材料进行油淬火回火，钢的热处理工艺研究中，回火的目的是为了降低或消除淬火引起的残余应力及提高钢的塑性及韧性，降低其脆性，获得硬度、强度、塑性和韧性适当的配合。在确定淬火加热温度前，首先必须确定相变点的温度。根据查找相关实验数据本次合金系的 A1()=735；A3()=820根据对相变点的研究，试验用淬火和回火的温度选择如下：在箱式热处理炉中进行，试样淬火温度是860oC，保温35分钟，油淬冷却。为了达到组织设计要求，获得马氏体组织，进一步回火。回火能进一步细化晶粒，消除淬火应力。对于低碳合金钢而言，由于合金元素扩散缓慢，因此保温时间比较长。所以在试样淬火后选择200oC、保温4小时、空冷回火。 2.3 热处理后的组织观察 低碳合金钢热处理后的最终组织为单相板条马氏体。马氏体组织首先为获得高硬度、高耐磨性提供了保证；其次，单相的组织液有利于提高合金钢的耐蚀性；板条为主的马氏体形态可以改善韧性，另外合金设计中添加的韧化材料的元素，以及工艺设计中消除脆化因素的手段，都从多渠道提高了马氏体性。本实验采用BX41型光学金相显微镜观察每种材料的淬火和回火态金相组织，由于低碳高合金钢有很好的耐蚀性，因此腐蚀剂选用了腐蚀性较强溶液(4的硝酸酒精溶液)作金相腐蚀液，对其组织进行观察。 2.4 常规性能测试以及整理数据 主要测定了三种与材料的力学性能相关的常规性能，即硬度、冲击韧性以及均匀腐蚀性能，均采用未经磨损试验的试样进行。下面分别对拉伸实验、硬度测试、冲击测过程作以下介绍：2.3.1拉伸试验拉伸试验指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。本拉伸试验是在Instron8801电液伺服试验机上进行，测试过程符合GB/T228-2002；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。 其实验步骤如下： （1）划线测量 利用游标卡尺测量样品的直径，在不同的部位测量三次，参照下图（图2.1），用直尺测量样品的原始标距，同样取不同位置测量三次。然后使用划线器在试样上画出试样的标距。（2）按照试样 将样品安装在万能拉伸试验机上，按照试验机的操作流程，对样品进行拉伸，在电脑上记录拉伸曲线。 图2.1 拉伸试样尺寸（mm） (3)界面操作 设置电脑屏幕上的各种拉伸参数，将初始数据设置为零，点击开始按钮，开始拉伸试验。当拉伸量趋于平稳，将引申计取下，避免破坏设备。 （4）拉伸过程继续拉伸试样，直到试样断裂。将试样从试验机上取下，观察端口形貌。可以看到端口周边的剪切唇。（5） 测量断后试样 按照国标精度，测量断后试样颈缩直径、断后标距长度。试样旋转90度，再测量一遍。（6） 输出数据 根据拉伸过程中测得的应力、位移和塑形变形的数据，按照国家标准给定的数据处理方式，计算机输出拉伸试验测得的三项拉伸强度和拉伸塑形的测试结果。计算并整理得如下22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢相关数据表（表2.3） 表2.2 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢拉伸前后数据钢号d0L0duLuFbs1#6.060.04.5265.0049.4451749.01460.52#6.060.04.1163.7448.2201705.51422.53#5.9560.03.7564.6347.4401706.52839.0 结合以上数据对伸长率、截面收缩率的处理： （1）伸长率由测量得出的试样断后标距以及试样拉伸前的标准标距可以得到伸长率。样品的伸长率计算方法为A=100%（2） 断面收缩率由测量的得到的试样断后的缩颈的直径和试样拉伸前的直径可以得到截面收缩率。样品的截面收缩率的计算方法为 Z=100%利用以上公式和相关数据得到此次拉伸实验的22SiMnCrNi2Mo低碳合金钢的拉伸力学性能如下表（表3.3）。 表2.3 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢拉伸力学性能钢号A （%）Z（%）Fbs1#8.343.2449.4451749.01460.52#6.2353.0848.2201705.51422.53#7.7360.2847.4401706.52839.0 2.3.2硬度试验每种材料的淬火回火态分别测定硬度，洛氏硬度（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度最常用标尺是HRC、HRB和HRA，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRA标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。如下图2.2为所示的洛氏硬度仪器。 图2.2 洛氏硬度仪器 因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。 下面将试样表面打磨平整以后在HR-150A洛氏硬度计上测定HRC值，每种材料取 2个试样，每个试样测3个点，获得HRC值范围。并取得其平均值，整理过后如下表所示（表2.2）。2.3.3冲击试验每种材料的淬火回火态分别测定韧性，冲击试验一般是确定军民用设备在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。 工程上常用金属材料的冲击试件一般在带缺口槽的矩形试件，做成制品的目的是为了便于揭露各因素对材料在高速变形时的冲击抗力的影响。缺口形状和试件尺寸对材料的冲击韧度值k的影响极大，要保证实验结果能进行比较，试件必须严格按照冶金工业部的部颁布标准制作。故测定k值的冲击实验实质上是一种比较性实验。冲击实验方法与步骤如下：1）测量试件尺寸，要测量缺口处的试件尺寸。2）调整冲击试验机指针调到“零点”根据试件材料估计所需破坏能量，先空打一次，测定机件间的摩擦消耗功。3）将试件装入在冲击试验机上，应使没有缺口的面朝向摆锤冲击的一边，缺口的位置应在两支座中间，要使缺口和摆锤冲刃对准。将摆锤举起同空打时的位置，打开锁杆。使摆锤落下，冲断试件，然后刹车，读出数据并整理如下表（表2.2）。做本实验的应注意：在实验过程中要特别注意安全，绝对禁止把摆锤举高后安放试件，当摆锤举高后，人就离开摆锤摆动的范围，在放下摆锤之前，应先检查一下有没有人还未离开，以免发生危险。试件冲断时消耗的功，以下式可计算出材料的冲击韧度值k在JBN-300摆锤式冲击试验机上测定试样缺口试样的ak值，每种材料淬火回火态各2个试样，测试获得冲击功,测试过程符合GB/T229-2007。总结以上硬度和韧性每组测试数据取其平均值整理得到的数据如下（表2.2）： 表2.4 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢力学性能钢号冲击功ak，J/cm-2洛氏硬度HRC组织1#67.549.1板条M2#76.147板条M3#84.547.3板条M 2.4对实验结果讨论 三种不同合金元素含量的低碳高合金钢l#、2#和3#，1#碳量相对最高，2#碳量中等，3#碳量相对最低。三种合金元素含量的高低的低碳高合金钢化学成分见表21。由表2.1、表2.2、表2.4、表2.3可见，三种低碳高合金钢的碳量虽然不同，但是基本都保持在低碳的范围内，且其他合金元素含量也基本相一致，这样所作出的一系列比较才是有意义的。才能相对比得出性能最佳的一组试验材料。对比可知1#试样的硬度普遍高于2#、3#试样，而其冲击韧性则普遍低于2#、3#试样，3#试样的淬火回火态硬度稍高于2#试样的淬火回火态，韧性也高于2#，1#试样的淬火回火态硬度明显高于退火态，而韧性却低于2#。初步得出2#实验材料为最佳性能的一组材料。 第三章 实验结果分析与总结 3.1 试样材料的金相组织分析3#2#1# 根据钢组织遗传形成的条件和过程,我们对以上热处理过后的试样材料磨平、抛光，用4%的硝酸酒精侵蚀后在金相显微镜下观察显微组织。进行金相组织采样。其金相组织如下图所示（图3.1）： 图3.1不同合金元素含量的三种试样材料的金相组织由以上金相组织图做出以下分析讨论：1#试样的淬火回火态组织均为单相板条马氏体，这是因为低碳量和高的合金元素含量共同提高了淬透性，使得低碳高合金钢即使在退火的缓冷条件下依然能够得到全马氏体组织如下图所示：2#试样的淬火回火态组织也均为单相板条马氏体，金相组织如下图所示。3#试样的淬火回火态组织则明显不同于1#和2#，不在是单相板条马氏体，其金相组织图可以看出:3#试样的淬火回火态象前俩种试样为单相板条马氏体，但马氏体含量有了较大的提高，顾韧性值较高。 3.2 总结Mn、Si元素含量的变化对22SiMnCrNi2Mo低碳合金钢性能的影响通过1#、2#以及3#试样的金相组织，均能得到单相板条马氏体，这是因为Mn、Si元素含量的影响，Ms点越高，越有利于得到板条状马氏体形态，同时高合金含量也极大的提高了钢的淬透性，即使在退火缓冷的条件下也不会发生扩散甚至是半扩散性相变，而直接在Ms点以下固溶得到马氏体。说明淬火确实可以起到均匀成分、细化晶粒的作用。1#试样的硬度普遍高于2#、3#试样，而其冲击韧性则普遍低于2#、3#试样，这是因为1#含碳量相对较高，合金元素含量较高，因此马氏体中碳的固溶度也较高的原因。3#试样的淬火回火态硬度稍高于2#试样的淬火回火态，韧性也高于2#，这主要是淬火均匀成分、细化晶粒，并使杂质溶入基体的结果。但是，1#试样的淬火回火态硬度明显高于退火态，而韧性却低于2#，这应该是由于2#试样Mn、Si元素含量较低，导致Ms点升高，退火过程中的自回火效应增强，马氏体中碳固溶度明显不足，因而退火态硬度低而韧性却很高。 结合潜孔钻头高强度、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、极高的冲击疲 劳性、能较高的空冷淬硬性、热处理工艺简单、成本低廉等特点可知2#为力学性能最佳的一组合金成分的材料。 第四章 结 论 如何提高潜孔钻头在冲击、腐蚀和磨损交互作用下的服役寿命一直是人们努力的目标。目前研究使用较多的材质主要是各类高锰钢、中碳合金钢系列和高铬铸铁，虽然各有优点，但综合性能都不理想。从不同合金元素含量的金相组织来看第2#试样材料22SiMnCrNi2Mo低碳高合金钢很好的解决了这一问题，本文对这一新型钢种中合金元素的影响作了初步探讨，主要结论如下：1）Mn、Si固溶于铁素体中产生强化的作用是最明显的，实验表明少量的Mn、Si却反而能使塑性和冲击韧性稍有提高。加锰、硅低碳高合金钢的退火组织出现异常的最主要的原因可能在于锰的加入影响了结晶过程，加大了合金元素分布的不均匀性，使铸态结晶组织中出现了合金元素的碳化物，如含量很高的铬更加可能出现这种情况。2）低碳高合金钢的退火和淬火回火态组织均为完全单相板条马氏体，淬火回火态板条较细；随着碳含量的变化，低碳高合金钢的终态(淬火回火态)性能有所变化，这是由组织、成分的变化决定的。3）单相板条马氏体是低碳高合金钢获得优良冲击腐蚀磨损性能的最佳组织，在充分控制碳含量的前提下，以适量的合金元素加入钢中提高钢的淬透性以及其他的性能是可行的。 参考文献1 郭勇、周振华.潜孔钻机的应用现状与发展趋势M ,20082 温涛、王晨.关于86 毫米潜孔钻头材质选择及其强化工艺研究J.甘肃冶金, 2012(34)3 俞少罗、张日新、张寿柏.20CrNiMo钢在石油钻头中的应用J4 张惠惠、唐建新.Mn含量对贝氏体抗磨钢组织和性能的影响J.四川大学5 邵潭华、王永兰、取泽峻.35CrMo钢亚温淬火后的低温拉伸和冲击性能J,1984(6)6 章传国、郑磊、崔天成、等.Mo对低碳微合金钢动态连续冷却转变及显微组织的影响J.宝 钢研究院结构钢所7 张明星 、王军.硅在低碳合金钢中作用的研究(II)硅对低碳贝氏体钢组织和性能的影响 J.西北工业大学8 周振丰.20Cr2Mn2Mo钢组织遗传的金相组织研究机械工业出版社J.太原工业大学20029 朱洪武，刘雅政，闫永明.钎具用钢22Si2MnCrNi2MoA 连续冷却相变的组织变化J,北京科 技大学材料科学与工程学院，2013（34）10 许兴、张来启、吴结才.Mn含量对高强度耐候钢连续冷却过程中组织和性能的影响J.北京 科技大学11 周荣锋、孙祖庆.不同Mn含量低碳钢过冷奥氏体形变过程中的铁素体相变J ,200412 郭亮.合金成分对低碳高合金钢组织与性能影响的研究D.合肥：合肥工业大学.兵器材料科 学与工程，2005 致 谢本文是在导师欧梅桂副教授的悉心指导和热情关怀下完成的，字里行间凝结着欧老师的心血与期盼。导师严谨的治学态度、渊博的学识、睿智的思维、豁达乐观的生活态度以及艰苦朴素的高尚情操，无疑使每一位有幸接受其指导的学生受益匪浅。历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师欧老师，本实验是在欧梅桂老师的悉心指导下完成的，凝聚着欧老师的大量心血。欧老师严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，使我在获取宝贵理论知识同时又在实践中不断地提高自己。刘群师姐扎实的专业知识给我留下了深刻的印象，并将受益终生。在此，特向欧梅桂师和刘群师兄致以我最崇高的敬意和最诚挚的感谢。同时，还要感谢我同组的同学，没有大家的相互协作和合理分工，本次研究与分析也不可能这么稳步和顺利，感谢他们在实验过程中给我提出的诸多建议与帮助，使我受益匪浅。也向所有关心我的老师、同学和朋友们致谢！ 最后，我还要感谢我的家人以及学校、学院的所有领导和老师，是您们的细心栽培和莘莘教育，才有了我今天的成绩，向这么多年来一直默默关心、支持和鼓励着我、使我专心学习、顺顺利利走完漫长求学之路的亲戚朋友们，没有您们也不可能有今天的我。由衷的感谢你们！您们辛苦了！ 为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O(_)O谢谢！A large group of tea merchants on camels and horses from Northwest Chinas Shaanxi province pass through a stop on the ancient Silk Road, Gansus Zhangye city during their journey to Kazakhstan, May 5, 2015. The caravan, consisting of more than 100 camels, three horse-drawn carriages and four support vehicles, started the trip from Jingyang county in Shaanxi on Sept 19, 2014. It will pass through Gansu province and Xinjiang Uygur autonomous region, and finally arrive in Almaty, formerly known as Alma-Ata, the largest city in Kazakhstan, and Dungan in Zhambyl province. The trip will cover about 15,000 kilometers and take the caravan more than one year to complete. The caravan is expected to return to Jingyang in March 2016. Then they will come back, carrying specialty products from Kazakhstan A small art troupe founded six decades ago has grown into a household name in the Inner Mongolia autonomous region. In the 1950s, Ulan Muqir Art Troupe was created by nine young musicians, who toured remote villages on horses and performed traditional Mongolian music and dances for nomadic families. The 54-year-old was born in Tongliao, in eastern Inner Mongolia and joined the troupe in 1975.He says there are 74 branch troupes across Inner Mongolia and actors give around 100 shows every year to local nomadic people. I can still recall the days when I toured with the troupe in the early 80s. We sat on the back of pickup trucks for hours. The sky was blue, and we couldnt help but sing the folk songs, Nasun says. The vastness of Inner Mongolia and the lack of entertainment options for people living there, made their lives lonely. The nomadic people were very excited about our visits, Nasun recalls. We didnt have a formal stage. The audience just sat on the grass. Usually, the performances became a big party with local people joining in. For him, the rewarding part about touring isnt just abou