（机械工程专业论文）悬链式链斗卸船机链条的选材与耐磨性研究.pdf

哈尔滨丁= 程大学硕士学位论文 摘要 悬链式链斗卸船机是用于我国内河港口大宗散货卸船的高效连续卸船机 械，本课题旨在通过选材和热处理寻求一条提高悬链式链斗卸船机链条抗磨 损性能的有效途径。 悬链式链斗卸船机链条是该机械中的主要易损件，工作在开式的无润滑 条件下，并处于存在着大量矿、砂、粉尘的环境中，磨料磨损是它的主要失 效形式，尤其是其外套筒和和销轴使用寿命较短，由此造成的停工损失很大。 本文通过分析悬链式链斗卸船机链条的服役条件、失效形式，参考国内 外文献，并综合考虑钢材的工艺性能和经济性，在原使用材料4 0 c r 基础上适 当提高含碳量，选用了5 5 s i m n v b ，6 0 s i 2 m n 和6 5 m n 作为试验材料。通过 热处理工艺试验和摩擦磨损对比试验，证明了5 5 s i m n v b 和6 0 s i 2 m n 在一定 的热处理条件下的耐磨性明显高于原材料4 0 c r ，因此最终确定选择 5 5 s i m n 、，b 和6 0 s i 2 m n 钢作为悬链式链斗卸船机链条的材料。 通过热处理工艺试验和摩擦磨损试验，迸一步探讨了作为外套筒和销轴 材料的5 5 s i m n v b 钢在马氏体+ 下贝氏体混合组织状态下对磨粒磨损性能的 影响。试验证明，5 5 s i m n v b 钢在8 8 0 加热、2 8 5 等温冷却5 分钟、获得 ( 5 0 9 6 m + 5 0 9 6 bt ) 组织时，其抗磨料磨损性能最好，同时这种组织使材料的强 度和韧性得到了较好的配合。 通过光学金相显微镜和扫描电镜( s e m ) 对5 5 s i m n v b 钢磨损试验试样 表层和次表层组织进行了观察，对其耐磨性的机理进行了分析，发现在磨损 中塑性变形机制占主导地位，同时兼有微切削作用。利用光学显微镜在磨损 试样的次表面观察到了塑性变形和表层脱碳后的重结晶现象。 在本项试验研究成果的基础上，由葫芦岛龙港三维船用机械厂和渤海船 舶职业学院金相热处理实验室联合试制的悬链式链斗卸船机链条在实用中表 哈尔滨工程大学硕士学位论文 明，其改进效果良好，特别是销轴和外套筒等主要部件的耐磨性和使用寿命 明显提高。 关键词：悬链式链斗卸船机；链条；耐磨性 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t s u s p e n s i o n c h a i nb u c k e t s h i pu n l o a d e r ( s c b s u ) i s a n e f f e c t i v e l y ， c o n t i n u o u s l y 、u n l o a ds h i pm e c h a n i s mw h i c hi su s e df o ri n l a n dw a t e r w a y h a r b o r i nt h i st e s t ，w es e a r c hf o raa v a i l a b l ew a yt oi m p r o v et h ea b r a s i o nr e s i s t a n c e p r o p e r t y o fc h a i nf o rs c b s u b yc h o o s i n g m a t e r i a la n d d o i n gs o m e h e a t t r e a t m e n t t h ec h a i n sa l et h em a i np a r t st h a tm a ye a s i l yw e a l o u t t h e ya r gw o r k i n g i na no p e ns u r r o u n d i n gw i t h o u tl u b r i c a t i o na n dt h e r ei sm u c hm i n ed u s ta r o u n d t h e m t h em a i nf a i l u r ef o r mo ft h e mi sa b r a s i o n 。e s p e c i a l l yt h es h o r tl i f e s p a no f t h eo u t e r - s l e e v ea n dd o w e lr e s u l ti nt h es h u t d o w nt h a tm a k e sag r e a td e a ll o s s t h i st e s ta n a l y z e st h es e r v 堍c o n d i t i o n , f a i l u r ef r o mo ft h ec h a i n , r e f e r st o t h ei n t e r n a la n di n t e r n a t i o n a lr e f e r e n c ea n da l l - r o u n dc o n s i d e r st e c h n o l o g i c p r o p e r t ya n de c o n o m yo fs t e e l w eb a s e0 1 1t h e4 0 c ra n di m p r o v et h ea m o u n to f c 麓r b o n ，c h o s e5 5 s i m n v b 、6 0 s i 2 m na n d6 5 m na se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ， t h r o u g hh e a t - t r e a t m e n tt e c h n o l o g ya n dt h ec o m p a r a t i v ee x p e r i m e n to fa b r a s i o n ， w ep r o v et h a tt h ed u r a b i l i t yo f5 5 s i m n v ba n d6 0 s i 2 m ni sd i s t i n c t l ys u p e r i o rt o t h e4 0 c r t h u s ，w ea d o p t5 5 s i m n v ba n d6 0 s i 2 m nf o rt h e 吐a l n o fs c b s u f o r mt h eh e a t - t r e a t m e n ta n da b r a s i o ne x p e r i m e n t - w ef u r t h e rp r o v et h a t 5 5 s i m n v ba so u t e r - s l e e v ea n dd o w e lm a t e r i a l ，h a ss o m ee f f e c tt oa b r a s i o n r e s i s t a n c ep r o p e r t y t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a t5 5 s i m n v bh e a t e d8 8 0 t i m e t e m p e r a t u r ec o o l i n ga t2 8 5 c ，c a ng a i nt h es t r u c t u r e ( 5 0 m + 5 0 b ) w h i c hh a s t h ep r e t t yd u r a b i l i t y , m e a n w h i l eg e tn o to n l yt h es t r e n g t hb u ta l s ot h ed u c t i l i t y b e t t c r u s i n go p t i c sm e t a l l o g r a p h i cm i c r o s c o p ea n ds c a ne l e c t r i cm i c r o s c o p e ( s e m ) ， w eo b s e r v e dt h et o pl a y e ra n dh y p o - s u r f a c eo ft h e5 5 s i m n v be x p e r i m e n t a l s a m p l e ，a n da n a l y z e dt h ep r i n c i p l eo fi t sd u r a b i l i t y , t h e nd i s c o v e rt h a td u c t i l e d i s t o r t i o np r i n c i p l eh o l dt h el e a d i n gp o s i t i o nd u r i n ga b r a s i o n , m e a n w h i l ei th a s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i 暑i i 高萱i 皇宣每i i ti t 一i m i c r o - c u t t i n gf u n c t i o n u s i n go p t i c sm e t a l l o g r a p h i cm i c r o s c o p ew eg e td u c t i l e d i s t o r t i o ni nh y p o s u r f a c e a n do w i n gt ot h ed e c a r b o n i z a t i o nl e a d i n g t h e r c c r y s t a l l i z a t i o np h e n o m e n o l li ns u r f a c eo fs a m p l e c h a i nf o rs c b s um a d eb yt h eh u l u d a os a n w e is h i p - m e c h a n i s mf a c t o r y a n db o h a is h i p b u i l d i n gv o c a t i o nc o l l e g eh a sag o o dp r a c t i c a la f f e c t 。e s p e c i a n y t h em a i nd e t a i l s ，s u c ha so u t e r - s l e e v ea n dd o w e l ，o fw i t hd u r a b i l i t ya n du s i n g l i f e s p a n 渤b ei m p r o v e dd i s t i n c t l y k e yw o r d s ：s u s p e n s i o n c h a i nb u c k e ts h i pu n l o a d e r ；c h a i n ； a b r a s i o nr e s i s t a n c e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关的观点、方法、数据和文献等引 用已在文中指出，并与参考文献相对应，本文不包括任何其 他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全 意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：钐莉 日 期：护埠多月r 7 日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1课题研究的意义和背景 悬链式链斗卸船机是为解决我国内河大宗散货卸船问题而研究开发的 高效连续卸船机械。它以链为牵引构件，以料斗为承载兼取料构件，在非 工作状态时链条呈悬垂状，即取料段的链条因无张紧装置呈非紧张状态， 故称悬链式链斗卸船机。悬链式链斗卸船机的最大特点是能在取料过程中 同时完成清舱作业。该机具有 生产效率高、能耗低、对货物 的适应性强等优点，已开发的 系列产品具有接卸矿石、煤炭、 等功能。其卸船生产率为 1 5 1 5 0 0 t h ，已广泛应用于 内河港口、电厂、钢铁、交通、 建材等业主码头和矿山等。 图1 1 是悬链式链斗卸船机 的照片，图1 2 是它的结构 图1 1 悬链式链斗卸船机 示意图。 图1 1 所示为自行式悬链式链斗卸船机，其作业方式为定船移机 即链斗卸船机在进行卸船作业时，整机沿与驳船平等的轨道行走；双排链 斗机可沿悬臂梁移动，而悬臂梁可沿固定的立柱上下升降以适应1 5 2 4 m 的水位变化。 表1 1 是常用悬链式链斗卸船机的一些技术参数。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i i i 1 一门架2 一悬臂3 一链斗机构 4 一输送带5 一船仓6 一升降机构 图1 2 悬链式链斗卸船机结构示意图 表1 1 悬链式链斗卸船机链条的一些工作参数 型号x u 2 a x u 3 6 0 ax u 默) 0 ax u l 捌n a 卸船生产率( t h )2 3 8 0 01 2 0 0 装卸物料湿砂煤砂煤白云石、铁矿石 料斗客积( d 一)1 1 2 0 2 6 12 7 0 料斗数量 2 02 6 ( 2 )3 0 ( 2 )2 6 m o 4 1 9 0 30 1 8 4 9 40 6 0 3 9 7 弱s i m n v b ( d ) 一 3 0 r p m o 2 2 9 0 50 1 0 1 船0 3 3 0 3 3 s i 2 m n ( b ) 7 0 q x n 0 4 6 5 0 60 拙 0 翩7 0 6 6 0 s i 2 m n ( a ) 一 3 0 m m0 2 4 9 髓 o 1 2 4 0 3 7 4 2 4 6 5 m n o 2 5 2 0 7 1 3 7 0 r p m 0 4 6 0 6 0 2 0 啥尔滨工程大学硕士学位论文 1 2 1 3 0 8 咖 鞲0 6 越 踊0 4 0 2 o 縻 鬻露 丽：旷震蘸鍪量 篱 量笺 图 霾t 邑i臣邑l 邑邑j基邑i 基邑l 基 鲁i 占苦j 鲁 1h 占l 苦oiooo fh ha ，ihjh 磨擦付i磨擦付2磨擦付3磨擦付4磨擦付5 ( 磨擦付：4 0 c r ( a ) 一4 0 c r ( b ) ；2 、4 0 c x ( b ) 一4 0 c r ( b ) ； 3 、5 5 s i m n v b ( d ) 6 0 s i 2 1 v l n ( a ) ：4 、5 5 s i m n v b ( d ) 6 0 s i 2 m n ( b ) ： 5 、6 0 s i 2 m n ( a ) 一6 5 m n ) 图3 1 碾压磨损试验结果示意图 碾压磨损试验的结果说明，5 5 s i m n 、，b ( o ) 一6 0 s i 2 m n ( a ) 、5 5 s i l n v b 。( d ) 一6 0 s i 2 m n ( b ) 、6 0 s i 2 m n ( a ) 一6 5 m n 三种配对材料组成的摩擦付 的耐磨性均优于4 0 c r ( a ) 一4 0 c r ( b ) 和4 0 c r ( b ) 一4 0 c r ( b ) 配对材 料组成的摩擦付，其中5 5 s i m n v b ( d ) 一6 0 s i 2 m n ( a ) 这对摩擦付的耐磨 性最好，总磨损量为0 9 3 3 3 7 9 ( 0 3 2 9 4 0 + 0 6 0 3 9 7 ) ，其蘑损量为4 0 c r ( a ) 一4 0 c r ( b ) 的7 0 ，即耐磨性是4 0 0 r ( a ) 一4 0 c r ( b ) 的1 4 倍。 3 3 销盘磨损试验结果 销盘试验的结果列于表3 4 中，图3 2 和图3 3 是销盘磨损试验结果 的示意图。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表3 4 销盘磨损试验结果 磨损量( g ) 材料热处理状态 9 8 n1 9 6 n 4 0 c r ( a ) 8 6 0 油淬，2 0 0 回火0 1 1 7 90 2 4 7 1 2 4 0 c r ( b ) 8 6 0 油淬，4 0 0 1 2 回火 o 1 6 9 3 b 0 3 5 8 0 0 5 5 s i m n 、m ( d ) 8 8 0 c 油淬，2 8 5 硝盐浴等温3 0 分0 1 0 n 1 3 4 2 0 5 5 s i m n v b ( a )8 8 0 油淬，3 8 0 回火 0 1 0 4 3 7o 1 3 5 3 2 5 5 s i 虹v b ( b )8 8 0 油淬，4 5 0 回火0 1 0 2 2 30 3 5 9 3 7 6 0 s i 2 m n ( a ) 8 7 0 油淬，3 8 5 回火o 1 2 5 2 3 6 0 s i 2 m n ( b ) 8 7 0 油淬，4 8 5 回火 0 1 1 6 3 2 锄 8 3 0 油淬，3 9 0 回火0 1 2 8 斛 隔 萝羹 霸 聪嬲圜翻网翻 歹穸歹歹 哈尔滨工程大学硕士学位论文 q 、一 咖1 辎 浆 鄹圈 翟翻；障鞭珥 梦穸歹歹歹 图3 3 销盘磨损试验结果示意图( 1 9 6 n ) 销盘磨损试验的结果表明，5 5 s i m n 、，b ( d ) 、6 0 s i 2 l n ( a ) 和6 5 m n 的 耐磨性均高于4 0 c r ( a ) 和4 0 c r ( b ) 。说明5 5 s i m n 、r b 、6 0 s i 2 m n 或6 5 m n 经适当的热处理后能够获得较高的的耐磨性。 3 4 选材结论 作为单独材料，5 5 s i m n v b ( d ) 和6 0 s i 2 m n ( a ) 在销盘试验中耐磨性 最好；同时以这两种材料配对组成的摩擦付在碾压磨损试验中也表现出了 最高的耐磨性。因此以上述两种钢作为悬链式链斗卸船机链条的材料从耐 磨性来看应该是可行的。 从热处理后的力学性能来看，5 5 s i m n v b ( d ) 和6 0 s i 2 m n ( a ) 都具有 较高的强度和韧性，可以保证它们作为悬链式链斗卸船机链条材料在复杂 工况下的正常工作。 从热处理工艺性能来看，5 5 s i m n v b 和6 0 s i 2 m n 的淬透性明显高于4 0 c r ， 4 5 3 5 2 5 l 5 o 3 2 1 om呲n毗nn邮 哈尔滨工程大学硕士学位论文 三种钢在淬火时的临界直径见表3 5 。图3 4 、图3 5 、图3 6 分别是4 0 c r 、 5 5 s i m n v b 、6 0 s i 2 m n 的淬透性曲线。 表3 5 三种钢的临界直径 临界直径( 衄) 水淬油淬 4 0 c r3 5 5 01 2 3 0 5 5 s i m n v b5 5 6 93 0 3 5 6 0 s i 2 渤6 1 72 2 4 8 。 、 至水冷端距离。n n 图3 44 0 0 r 的淬透性曲线 印 印 如 印 加 6 5 6 0 5 5 5 0 u4 5 化 工 4 8 3 5 3 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 、 1 、 | 卜 图3 55 5 s i m n v 的淬透性曲线 、 、 、 至淬火表面的距离矗i n 图3 ，66 0 s i 2 l n 的淬透性曲线 3 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 对于制作直径最大达4 8 r a m 的销轴，4 0 c r 的淬透性是难以胜任的，而且 4 0 0 r 水淬时容易开裂；而5 5 s i m n v b 和6 0 s i 2 m n 都有较高的淬透性，用油淬 即可达到要求的性能指标。 从经济性上来看，5 5 s i l d n v b 和6 0 s i 2 m n 钢中的合金元素为我国富产的 s i 、v 、b ，不含稀有元素c r ，符合我国在合金钢方面的经济技术政策。 根据网上报价，这三种钢的价格为( 2 0 0 5 年第三季度) ： 4 0 c r ：4 5 0 0 4 6 0 0 元吨； 5 5 s i m n v b ：4 9 0 0 5 0 0 0 元吨； 6 0 s i 2 m n ：4 6 0 0 4 7 0 0 元吨： 虽然5 5 s i m n v b 和6 0 s i 2 m n 的价格略高于4 0 0 r ，但考虑到热处理工艺性 和由于链条质量及寿命提高所带来的经济效益，采用5 5 s i m n v b 和6 0 s i 2 m n 代替4 0 c r 在经济上是合算的。 综上所述，悬链式链斗卸船机链条的选材及热处理如表3 6 所示，这 种方案不仅考虑了材料的耐磨性，而且防止了由于同种材料组成摩擦付在 摩擦过程中易于发生材料转移丽产生粘着现象。 表3 6 悬链式链斗卸船机链条的选材及热处理方案 链条部件 材料热处理工艺硬度( 职c ) 外链板 6 0 s i 2 m n 8 7 0 2 3 油淬，3 8 5 2 3 回火5 0 内链板 6 0 s i 2 m n 8 7 0 1 2 油淬，3 8 5 2 3 回火5 0 内套筒 6 0 s i 2 m n 8 7 0 油淬，3 8 5 1 c 回火5 0 外套筒 5 5 s i m n v b8 8 0 2 3 加热，2 8 5 2 3 硝盐浴等温3 0 分5 0 销轴 5 5 s i m n v b8 8 0 加热，2 8 5 2 3 硝盐浴等温3 0 分5 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 5 本章小结 本章主要介绍了5 5 s i m n v b 、6 0 s i 2 m n 、6 5 m n 和原材料4 0 0 r 在不同热处 理条件下的耐磨性试验结果。碾压试验和销盘试验表明，5 5 s i m n v b 等温淬 火和6 0 s i 2 m n 淬火回火试样的耐磨性较好，比原材料4 0 c r 的耐磨性提高 了1 4 倍。 根据磨损试验结果并综合考虑工艺性能、力学性能选择5 5 s i m n 铝、 6 0 s i 2 m n 代替4 0 c r 作为悬链式链斗卸船机链条的制造材料。 哈尔滨工程大学硕十学位论文 第4 章5 5 s i m n v 8 钢的耐磨性试验 4 1 试验方案 销轴和外套筒是悬链式链斗卸船机链条中的主要易损件，提高销轴和 外套筒的耐磨性意义重大。通过选材试验已经确定采用5 5 s i m n v b 钢作为销 轴和外套筒材料，但是只进行了5 5 s i m n v b 钢在8 8 0 1 2 加热、2 8 5 c 硝盐浴等 温3 0 分和5 5 s i m n v b 油淬回火等状态的磨擦磨损试验，为了揭示5 5 s i m n v b 在其它组织状态下的耐磨性，应该针对5 5 s i m n v b 做进一步的磨擦磨损试验。 材料的耐磨性与其显微组织及硬度有密切的关系，如图4 1 所示。由 图可见，材料硬度与磨料磨损相对耐磨性存在正相关关系，即材料的硬度 越高，其磨料磨损相对耐磨性越好。为了减少磨料磨损，金属材料的硬度 应比磨料的硬度高，大约1 3 倍左右为最佳。 趔 龆 窿 茛 罂 硬度h v 图4 1 金属中各组织的耐磨性 由铁素体到球光体、贝氏体、马氏体，耐磨性逐渐提高，这主要与它 们的硬度高低有关。由于下贝氏体组织具有较好的冲击韧性，所以贝氏体 哈尔滨工程大学硕士学位论文 或贝氏体+ 马氏体组织比具有相同硬度的马氏体组织耐磨性高。如y 1 2 钢经 2 8 0 4 0 0 等温处理得到下贝氏体组织( 硬度3 9 0 4 1 5 h b s ) 比同一钢淬 火一回火( 硬度6 l h r c ) 相对耐磨性高4 0 。因此，国内外相当数量的承受 冲击载荷的零件，其组织都有处理成下贝氏体。 5 5 s i m n v b 钢在8 8 0 加热、2 8 5 硝盐浴等温3 0 分后的组织是全部的 下贝氏体组织，而通过改变5 5 s i m n v b 钢热处理工艺，就能获得不同比例的 马氏体+ 下贝氏体( m + b ，) 混合组织，然后分别进行磨擦磨损试验，就可 以发现5 5 s i m n v b 钢抗磨粒磨损的最佳组织状态，并由此确定销轴和外套筒 的组织和性能要求。计划将5 5 s i m n v b 钢处理为以下五种状态的( m + bt ) 组织： 1 0 0 m 、2 5 b f 、5 0 b f 、7 5 b - f 、1 0 0 b - f 磨擦磨损试验仍采用前述的碾压试验和销盘试验，试验条件同前。在 碾压试验中与5 5 s i i n v b 钢组成摩擦付的材料是被选定作为链板和内套筒的 6 0 6 0 s i 2 骱，热处理工艺为8 7 0 油淬，3 8 5 回火。 4 25 5 s i m n v b 钢的热处理 5 5 s i m n v b 钢是我国自行开发的硅锰系列弹簧钢，其中s i 、m 1 1 通过固 溶强化提高钢的强度；v 的作用是细化晶粒，防止由于用在中碳钢中引 起的晶粒粗大；s i 、妇、b 的加入提高了钢的淬透性，其性能优于常用的 6 0 s i 2 9 , n ，用于大批量制造中等截面的板簧或螺簧。本试验所用5 5 s i i n v b 钢的化学成分及相变临界点见表4 i 和表4 2 ，图4 2 是5 5 s i b l n v b 钢的等 温冷却c 曲线。 表4 i5 5 s i m n v b 钢的化学成分 元素 cs im nvb 含量 o 5 2 0 6 0o 0 1 0i o 1 30 0 8 o 1 6o 0 0 1 0 0 0 8 ( ) 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表4 25 5 s i m n v b 钢的相变临界点 相变点a c l a r la t 3 a r 3 m s 温度( ) 7 8 06 7 08 5 07 0 02 8 5 p 拦 魍 图4 25 5 s i v b 钢的等温冷却c 曲线 5 5 s i l i n v b 钢的热处理工艺参数根据组织要求和其等温c 曲线确定，并 通过中间工艺试验探索，以保证获得一定量的下贝氏体和马氏体组织，具体 如表4 3 所示。 表4 35 5 s i m n v b 钢的热处理工艺 序号组织要求热处理工艺 12 5 b 8 8 0 加热1 5 分钟。2 8 5 c 硝盐浴等温3 分钟 25 0 惦 8 8 0 c 加热1 5 分钟，2 8 5 c 硝盐浴等温5 分钟 37 5 b 8 8 0 加热1 5 分钟，2 8 5 1 2 硝盐浴等温7 分钟 4l o o b 8 8 0 加热1 5 分钟，2 8 5 ( 2 硝盐浴等温3 0 分钟 5 1 0 0 嘲i 8 8 0 1 2 加热1 5 分钟，油淬，3 8 0 _ 1 c 回火 哈尔滨工程大学硕士学位论文 为防止试样氧化和脱碳，试样淬火加热采用中温盐浴炉，根据加热温度 的要求，可以选择以氯化盐为主的中温盐浴。等温盐浴采用硝盐浴。两种盐 浴的成分、熔点及使用温度见表4 4 。 表4 4 加热和等温盐浴的成分、熔点及使用温度 项目 成分熔点( ) 使用温度( ) 加热盐浴 5 伪啦a c l + 5 0 n a c l 6 4 07 5 0 l o o o 等温盐浴 5 0 9 6 n 时4 0 3 + 5 0 n a n 0 2 1 6 02 5 0 5 0 0 5 5 s i m n v b 钢热处理后组织分析采用x j g _ 0 4 大型金相显微镜，组织显 示用4 硝酸酒精溶液浸蚀。不同比例的( m + b ，) 显微组织如图4 3 所示。 从图4 3 看出，当8 下为2 5 时，b t 为较孤立的黑色针状组织；当b - f 量达到5 0 时开始以草丛状成堆分布。随着下贝氏体量的继续增加，下贝氏 体分布密度不断提高，针状下贝氏体不断减少，而草丛状下贝氏体不断增 加。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a ) 2 5 j i b b ) 5 0 b c ) 7 5 bd ) 1 0 0 i be ) 1 0 0 j 6 m 图4 35 5 s i m n v b 钢热处理后的组织( 5 0 0 ) 用国产6 0 吨万能材料试验机进行静拉伸试验，测定5 5 s i m n v b 钢在不 同组织状态下的0b 、0s 、65 、v 等强度和塑性指标；用国产1 5 3 0 k g m 一次摆锤试验机测量5 5 s i m n v b 钢在不同组织状态下的冲击韧性。实验获得 了5 5 s i m n v b 钢热处理后在不同组织状态下的力学性能，见表4 5 和图4 4 。 从中可知，5 5 s i m n v b 钢混合组织的力学性能随下贝氏体数量级的增加，硬 度、强度下降，塑性、韧性提高。5 5 s i g n v b 钢在2 8 5 c 等温3 0 分钟后淬火 获得全部下贝氏体组织，虽然硬度：强度略低，但塑性和韧性最高。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表4 55 5 s i m n v b 钢热处理后的性能 序号热处理工艺组织硬度( h r c )韧性( j ) l 8 8 0 加热，2 8 6 等温3 分钟2 5 b 下5 6 6 8 1 6 2 8 8 0 加热，2 8 6 等温5 分钟5 0 b t5 3 5 5 2 5 8 3 8 8 0 1 2 加热，2 8 5 1 2 等温7 分钟7 6 b 下5 2 5 3 2 9 4 4 8 8 0 ( 2 加热，2 8 5 1 2 等温3 0 分钟 1 0 0 b - f5 0 5 l 4 0 5 8 8 0 c 加热，油淬，3 8 0 1 2 回火 1 0 0 m5 3 5 42 0 序号 组织 抗拉强度( 肝a )伸长率61 0 ( )断面收缩率1 i ，( ) 1 2 5 b 下 1 9 0 0 42 5 2 5 0 b f 1 8 5 053 0 3 7 5 b 下 1 8 0 05 53 4 4 1 0 0 b 下 1 7 8 0 6 5 4 0 51 0 0 蛾1 8 6 0 52 6 、k t 一孑 7 0 b2 5 b5 0 b 7 5 b 1 0 0 b 下贝氏体的含量 a ) 硬度、塑性、韧性 的 趵 加 0 啥尔滨工程大学硕士学位论文 重 煞 嚷 捌 嘏 八 h 、 o b2 5 惦 5 0 b 7 n f o b1 0 0 b 下贝氏体的含量 b ) 抗拉强度 图4 45 5 s i m n v b 钢热处理后的力学性能 4 35 5 s i m n v b 钢的耐磨性试验 4 3 15 5 s i m n v b 钢的销盘磨损试验 销盘磨损试验主要目的是测试5 5 s i m n v b 钢在单独工作状态下的耐磨 性，销盘试验条件和试样分组情况见表4 6 。 表4 65 5 s i m n v b 钢销盘试验规范 、 缪、菇 压力：p 2 = 1 9 6 n ( 2 k g f ) ；转速；v = 2 0 0 r p = ； 愁 磨料：2 8 0 号水砂纸；滴水量：6 0 滴分； 运转时间：2 0 分钟； 2 5 b - + m3 5 0 8 下+ m3 7 5 b 下+ m3 1 0 0 b3 1 0 0 m3 一 墓|耄i啪鲫啪蚴鲫珊瑚瑚伽 哈尔滨工程大学硕士学位论文 销盘磨损的结果列于表4 7 中。 从销盘磨损试验结果看出，5 5 s i m n v b8 8 0 加热奥氏体化后在2 8 5 等 温5 分钟，获得( 5 0 9 6 bt + m ) 组织耐磨性最高，其磨损量只相当于5 5 s i m n v b 淬火一回火后的5 4 ，即耐磨性提高了4 0 * , 6 。6 5 s i m n v b8 8 0 加热舆氏体化 后在2 8 5 等温7 分钟，获得( 7 5 州) 组织时耐磨性最低。 ， 销盘磨损试验结果还看出。5 5 s i m n v b8 8 0 加热奥氏体化后在2 8 5 等 温3 0 分钟，获得全部bt 组织( 5 0 5 1 h r c ) 时磨损量为0 1 4 8 9 5 9 ，低于 5 5 s i m n l i ，b8 8 0 加热奥氏体化后油淬一回火，获得全部m 组织( 5 3 5 4 h r c ) 时的磨损量为0 1 9 1 6 7 9 。这表明在硬度相近的情况下，下贝氏体组织的耐 磨性高于马氏体组织。 表4 75 5 s i m n v b 钢销盘磨损试验结果 组织状态磨损量l g )平均磨损量( g ) 10 1 5 4 2 7 2 5 b 下+ m2o 1 6 0 2 5o 1 5 6 8 2 30 1 5 5 9 4 10 1 0 4 7 8 5 0 b t + m20 1 0 2 7 4 0 1 0 3 3 5 30 1 0 2 5 2 10 2 2 2 2 6 7 5 b 下+ m20 2 2 8 1 80 2 2 5 2 8 30 2 2 5 4 0 1o 1 招1 1 1 0 0 b20 1 4 9 2 8 0 1 4 8 9 5 30 1 4 9 4 7 1 0 ，1 9 3 2 0 ，1 0 0 m20 1 9 2 1 60 1 9 1 6 7 30 1 8 9 6 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 o 2 5 o 2 弘1 5 鬈叭 0 。0 5 o 一 目 曰 翻圈 聪圆豳豳 0 9 6 b2 5 b + m5 0 b + m7 5 b + ml o o b 组织状态 图4 55 5 s i i n 、，b 销盘磨损试验结果 4 3 2 5 5 s i m n v b 的碾压磨损试验 碾压磨损试验主要目的是测试5 5 s i m n v b 与作为链板和内套筒子材料 的6 0 s i 2 m n 组成摩擦付时，不同组织状态下的耐磨性。 用6 0 s i 2 作为碾压 磨损试验中的方块试样为 测定5 5 s i 、，b 在不同组织 状态下的耐磨性提供了一 个比较的基准，因此要求其 组织性能稳定。6 0 s i 2 i n 的 热处理工艺为8 8 0 。c 加热 奥氏体化后油淬，3 8 5 回 火1 小时，硬度4 8 5 l h r c 。 图4 66 0 s i 2 热处理后的组织 图4 6 是6 0 s i 2 m n 热处理后 的组织。 碾压磨损试验的条件及摩擦付组成见表4 8 所示。 3 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表4 85 5 s i m n v 8 碾压磨损试验 序摩擦付 摩擦付 号组数 5 5 s i m n v 8 ( 圆试样) 6 0 s i 2 m nc y 试样) 12 5 b + m回火托氏体 3 25 0 b + m 回火托氏体 3 3 7 5 b + m回火托氏体3 41 0 0 b 回火托氏体 3 51 0 0 m回火托氏体 3 5 5 s i k l n v b 碾压磨损试验的结果如表4 9 所示。图4 7 是5 5 s i m n v b 碾 压磨损试验结果的柱状图表示。 0 8 0 7 0 。6 70 5 咖0 4 鬈 o 2 o 1 o 冈 囹 擎i 霍 #目 。 园 ( 2 5 b + m ) 一( 5 0 b + m ) 一( 7 5 8 + m l o 傩b l o o m 一 6 0 s i 2 m n6 0 s i 2 1 l i n6 0 s i 2 m n6 0 s i 2 m n 6 0 s i 2 m n 摩擦付 图4 75 5 s i “n v b 碾压磨损试验结果 哈尔滨_ t 程大学硕士学位论文 表4 95 5 s i m n v b 碾压磨损试验数据汇总表 摩擦付圆试样磨方试样磨总磨损量 平均磨损 组成序号损量损量 ( g )量( g ) ( g )( g ) 10 2 挖7 10 1 0 4 8 9 o 3 2 7 6 0 ( 2 5 b + m 卜 20 2 5 4 1 0 0 1 2 2 6 30 3 7 6 7 3 o 3 5 0 1 1 6 0 s i 2 m n 30 2 2 5 3 8 0 1 2 0 6 20 3 4 6 0 0 1 0 1 7 5 8 30 1 0 6 9 00 2 8 3 7 3 ( 5 0 b + m ) - 20 1 8 5 5 4o 0 9 9 4 20 2 8 4 9 6 0 2 8 4 3 4 6 0 s i 2 m n 30 1 8 7 8 80 0 9 6 4 40 2 8 4 3 2 1o 5 0 5 0 90 1 5 2 8 0 0 6 5 7 ( 7 5 b + m ) 一 2 0 5 1 1 1 00 1 7 0 2 20 6 8 1 3 2 0 6 6 7 9 3 6 0 s i 2 m n 3 0 5 0 9 7 2o 1 5 4 8 50 6 6 4 5 7 10 3 5 0 3 40 1 4 7 5 80 4 9 7 8 2 1 0 0 臣一 20 3 6 2 o 1 4 5 0 5 0 7 踮 0 5 0 0 7 3 6 0 s i 2 m n 30 3 4 锄 0 1 5 0 7 00 4 9 6 5 0 10 3 9 6 2 50 1 5 3 9 0 0 5 5 0 1 5 1 0 0 m 一 20 4 0 0 8 10 1 5 0 0 0 0 5 5 0 8 1 0 5 4 8 4 2 6 0 s j 2 m n 30 3 9 5 3 3 0 1 4 8 9 70 5 4 4 3 0 5 5 s i m n v b 碾压磨损试验结果表明，5 5 s i m n v b 钢在8 8 0 c 加热奥氏体 化，在2 8 5 c 等温3 分钟后油淬，获得( 5 0 b + m ) 混合组织时耐磨性最高； 而在在2 8 5 ( 2 等温7 分钟后油淬，获得( 7 5 b + m ) 混合组织的耐磨性最差。 3 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 可以看出，5 5 s i v b 碾压磨损试验结果与销盘磨损试验结果一致。 4 4 本章小结 本章通过热处理工艺试验和磨擦磨损试验，进一步探讨了作为外套筒 和销轴材料的5 5 s i l v l n v b 钢在不同比例( bf + m ) 混合组织状态对抗磨粒 磨损性能的影响。试验证明，5 5 s i m n v b 钢在8 8 0 加热奥氏体化、2 8 5 等温冷却5 分钟、获得( 5 0 嘣+ 5 0 9 6 br ) 组织时，其抗磨粒磨损性能最好， 同时这种组织使材料的强度和韧性得到了较好的配合。 根据试验结果，对悬链式链斗卸船机链条各部件的热处理工艺进行了 调整，如表4 1 0 所示。 表4 1 0 悬链式链斗卸船机链条的选材及热处理 链条部件 材辑熟处理工艺硬度( h r c ) 外链板6 0 s i 2 衙l8 7 0 油淬，3 8 5 c 回火5 0 内链板6 0 s i 2 打i8 7 0 1 2 油淬，3 8 5 c 回火5 0 内套筒 6 0 s i 2 1 1 1 8 7 0 油淬，3 8 s c 回 k5 0 外套筒5 5 s i m n v b8 8 0 c 加热。2 8 5 c 硝盐浴等温5 分5 3 5 5 销轴 5 5 s i m n v b8 8 0 c 加热。2 8 5 c 硝盐浴等温3 0 分 5 3 5 5 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 第5 章5 5 s i m n v b 钢的耐磨性分析 5 15 5 sim n v b 钢的磨损机理分析 所谓磨损机理是指金属在与磨料磨擦时，表层金属被磨料破坏，从基体 上剥落而成为磨屑的方式和途径。为了分析5 5 s i b l n v b 钢的磨损机理，用扫 描电子显微镜( s e m ) 对5 5 s i m n v b 钢碾压磨损试验试样的磨损表面进行了 、 形貌观察和分析。 为了获得可供s e m 使用的试 样，从碾压试样上切取了一段， 为了防止表面被污染或氧化，事 先用醋酸纤维膜( a c 纸) 对其进 行保护，如图5 1 。a c 纸必须贴 5 6 层，然后用金相切割机进行 切割。我们对5 5 s i m n v b 钢在2 8 5 硝盐浴等温5 分钟、7 分钟、 3 0 分钟和油淬一回火的四种碾 压磨损试样进行了s e m 观察。 图5 1s e m 试样取样方法 s e m 磨损形貌分析表明，5 5 s i m n v b 钢的磨损过程中主要存在两种磨损 机理，而且其磨损机理与其硬度有比较明确的对应关系，即高硬度试样的 磨损机理以微切削机制为主，而低硬度试样的磨损机理以多次塑变导致疲 劳破坏为主。 5 5 s i m n v b 钢在2 8 5 ：c 硝盐浴等温5 分钟试样和淬火一回火试样的硬度较 高( 5 3 5 5 h r c ) ，磨损主要是由微量切削，即犁沟作用造成的，如图5 2 和 图5 ，3 所示。 4 0 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 a ) 2 0 0 b ) 1 0 0 0 x 图5 25 5 s i m n v b 钢在2 8 5 硝盐浴等温5 分钟试样的磨损形貌 a ) 2 0 0 xb ) 1 0 0 0 图5 35 5 s i m n 、，b 钢油淬一回火试样的磨损形貌 从图5 。2 和图5 3 可以看出，5 5 s i m n 、b 钢在2 8 5 硝盐浴等温5 分钟 试样和淬火一回火试样表面上因磨科( 砂粒) 通过时留下的犁沟擦痕和切削 痕迹非常明显。这说明在磨损试