材料学院毕设答辩

毕业设计答辩,题目：爆炸硬化对邓紫棋的影响,指导老师：邓紫棋答辩人：邓紫棋,目录：,1、研究意义2、实验内容及目的3、实验所需材料4、实验研究路线5、结果与分析6、结论,1、研究意义,在我国材料领域不断取得突破的今天，对于球磨机衬板使用寿命的问题受到了越来越多的关注。在实际的应用过程中，高锰钢材质的球磨机衬板应用最为广泛，这主要是由于高锰钢材料的优质性能，例如高锰钢具有非常好的耐冲击性；同时高锰钢的硬度较大，耐磨性能较好。但是高锰钢容易变形的缺点还是不容忽视。为解决高锰钢工件初期磨耗大，加工硬化不足的问题，延长工件的使用寿命，1955年美国人首先提出采用爆炸预硬化法，经过半个世纪的发展，高锰钢爆炸硬化理论和硬化技术趋于成熟，应用越来越广泛。我国仅矿山冶金年耗高锰钢约7.5万吨，铁道部门所用的高锰钢辙叉数量也非常巨大。如能把爆炸预硬化广泛用于矿山和铁道等部门，每年可节约大量钢材。由此可见，高锰钢爆炸硬化技术有很高的研究价值，市场潜力巨大。,2、实验内容及目的,前期通过查阅相关文献资料了解国内外有关爆炸硬化对球磨机衬板组织及性能影响的相关知识。通过与课题类比制定出课题相应的实验内容及实验方向。对不同厂家生产的球磨机衬板和爆炸硬化处理过的球磨机衬板进行XRD、显微金相对比分析出组织变化，硬度和拉伸测试分析力学性能的变化。从而通过实验结果分析出爆炸硬化的机理，使爆炸硬化技术更加趋于成熟。,3、实验所需材料,图1实验所需材料,实验所需材料为不同厂家生产的三组爆炸硬化和三组未爆炸硬化球磨机衬板，分别为未爆炸1衬板(a)和爆炸1衬板(b)、未爆炸2衬板(c)和爆炸2衬板(d)、未爆炸3衬板(e)和爆炸3衬板(f)，如图1所示,.实验研究方案,4,5、结果与分析,5.1爆炸硬化前后球磨机衬板显微组织分析,a.爆炸1衬板100倍,b.未爆炸1衬板100倍,图2爆炸1衬板与未爆炸1衬板的显微组织从图2中可以看到爆炸后组织仍为单相奥氏体，未发生马氏体相变，爆炸后晶粒细化，有少量滑移带。,5.1爆炸硬化前后球磨机衬板显微组织分析,图3爆炸2衬板与未爆炸2衬板显微组织从图3中可以看出，爆炸前后组织均为单相奥氏体，未发生马氏体相变，爆炸后晶粒细化，晶粒基体中产生位错。,a.爆炸2衬板100倍,b.未爆炸2衬板100倍,5.1爆炸硬化前后球磨机衬板显微组织分析,a.爆炸3衬板100倍b.未爆炸3衬板100倍,图4爆炸3衬板与未爆炸3衬板显微组织从图4中可以看出，爆炸硬化后的金相显微组织仍然为奥氏体，晶粒内含有少量碳化物，过程未发生马氏体相变，硬化层以内为奥氏体加形变带，晶粒细化、晶粒中产生位错。,5.2爆炸硬化衬板与未爆炸硬化衬板XRD对比分析,a.爆炸1衬板与未爆炸1衬板XRDb.爆炸3衬板与未爆炸3衬板XRD,图5爆炸硬化衬板与未爆炸硬化衬板XRD对比分析从图5两组对比可以看出爆炸处理后的高锰钢并未出现马氏体相，所以该高锰钢爆炸硬化机制与马氏体相变硬化机制无关。,5.3显微硬度测试与分析,a.爆炸1衬板硬度b.未爆炸1衬板硬度,图6爆炸1衬板与未爆炸1衬板显微硬度通过图6可以看出，爆炸1衬板的最大硬度值约为475HV,020mm范围时硬度值不断减小，距硬化层表面20mm后硬度值基本稳定在275HV，未爆炸1衬板硬度值变化范围较小，基本保持在275HV左右，两组数据对比可得爆炸1衬板的爆炸硬化层深度约为20mm。,5.3显微硬度测试与分析,a.爆炸2衬板硬度b.未爆炸2衬板硬度,图7爆炸2衬板与未爆炸2衬板显微硬度通过图7可以看出，爆炸2衬板的最大硬度值约为465HV,030mm范围时硬度值不断减小，距硬化层表面30mm后硬度值基本稳定在310HV，未爆炸2衬板硬度值变化范围较小，基本保持在310HV左右，两组数据对比可得爆炸2衬板的爆炸硬化层深度约为30mm。,5.3显微硬度测试与分析,a.爆炸3衬板硬度b.未爆炸3衬板硬度,图8爆炸3衬板与未爆炸3衬板显微硬度通过图8可以看出，爆炸3衬板的最大硬度值约为470HV,020mm范围时硬度值不断减小，距硬化层表面20mm后硬度值基本稳定在270HV，未爆炸3衬板硬度值变化范围较小，基本保持在270HV左右，两组数据对比可得爆炸3衬板的爆炸硬化层深度约为20mm。,5.4拉伸测试及分析,（a）（b）,图9爆炸1衬板拉伸曲线图9a可以看出，0104号拉伸试样抗拉强度不断减小，抗拉强度依次为696、610、578、550。图9b可以看出，0508号拉伸试样抗拉强度基本维持稳定，抗拉强度依次为548、518、512、524。,5.4拉伸测试及分析,(a)（b）图10爆炸2衬板拉伸曲线图10中得到爆炸2衬板上0109号拉伸试样的抗拉强度依次为974、876、789、723、626、610、476、425、353。0106号拉伸试样的抗拉强度不断减小，0709号拉伸试样的抗拉强度基本趋于稳定，说明爆炸硬化层约为30mm。,5.4拉伸测试及分析,图11未爆炸2衬板拉伸曲线从图11中可以得到未爆炸2衬板上9个拉伸试样的抗拉强度依次为652、566、557、566、622、315、246、448、471。抗拉强度基本稳定在500600左右，有个别拉伸试样抗拉强度出现较小的现象，分析为材料缺陷导致。,（a）（b）,5.4拉伸测试及分析,（a）（b）,图12爆炸3衬板与未爆炸3衬板拉伸曲线图12可以得到爆炸3衬板3个拉伸试样的抗拉强度依次为610、525、485，呈递减趋势。未爆炸3衬板3个拉伸试样的抗拉强度依次为480、340、340，基本保持稳定。,5.5不同温度时效处理后显微组织,图13不同温度时效处理后显微组织进行200时效时，从图13a可以看出，在原有奥氏体基体的晶粒中析出了碳化物，碳化物的数量比较少，其晶粒度基本没有变化。材料进行300时效时，从图13b中可以看出，碳化物的数量明显增多，晶粒略有长大，有小片状碳化物析出。时效温度提高到400时，从图13c中可以看出，材料中的碳化物细小而弥散的分布在晶粒内和晶界上，此时的晶粒尺寸与300时效的晶粒尺寸相比没有太大的变化，但是其晶粒分布比较均匀。,a.200时效处理50倍b.300时效处理50倍c.400时效处理50倍,5.6不同温度时效处理后力学性能测试,（a）不同温度时效处理后拉伸曲线（b）不同温度时效处理后的显微硬度,图14不同温度时效处理后的力学性能时效处理后弥散细小的碳化物可以对位错起到钉扎作用，阻碍位错运动，进而提高材料的抗拉强度。同时由于晶粒比较均匀，晶粒度没有较大的变化，所以其晶界也对位错的运动起到了一定的阻碍作用，因此，高锰钢球磨机衬板在经过400时效处理后具有较好的力学性能。,6、结论（3点）,爆炸硬化处理后高锰钢组织仍为单一奥氏体,未发生马氏体相变。爆炸硬化的微观机理为在炸药爆炸产生的巨大爆轰压力作用下,硬化后高锰钢晶体内部晶粒细化，各晶面的晶格常数大幅增大。晶格常数的增加加剧了晶格畸变,在高锰钢内部形成大量位错和层错,位错密度和层错密度随着离爆炸表面距离的增加加逐渐降低。高密度位错和层错阻碍位错运动,使高锰钢硬化。,1