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Fe-0.34C-0.90B合金组织与性能的研究

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 我国硼元素储量丰富,价格低廉,用硼作为主要的合金元素代替价格飞涨的合金元素Cr、Mo、Ni、V等制备耐磨材料,无疑会大大降低成本。因此对硼系钢铁耐磨材料研究近年来备受关注,硼与铁形成…

 我国硼元素储量丰富,价格低廉,用硼作为主要的合金元素代替价格飞涨的合金元素Cr、Mo、Ni、V等制备耐磨材料,无疑会大大降低成本。因此对硼系钢铁耐磨材料研究近年来备受关注,硼与铁形成稳定性较好的硬质化合物,对于增加材料耐磨性较为有利。但目前对高硼铁基合金的研究都是以加Cr为前提。对于Fe-C-B合金中不添加上述合金元素的报道甚少。通过前期的研究发现,普通碳钢中加入适量的硼,能获得强韧性较好的铸造Fe-C-B合金,其基体为珠光体、铁素体和硼化物,由于共晶硼化物的连续网状分布,降低了Fe-C-B合金的硬度和冲击韧度,限制了该材料的耐磨性和其应用。本文在中碳钢基础上加入一定量的硼,获得铸造Fe-C-B合金,研究其铸造合金组织与性能,并通过不同热处理进一步改善Fe-C-B合金硬质相和基体的强韧性搭配,为明确热处理对Fe-C-B合金的影响规律提供依据。

  实验是在实验室条件下进行,废35钢料在150kg的中频感应炉内熔炼,使用碳颗粒(含碳量为95%)增碳,熔清后插铝脱氧,然后加入硼铁(硼含量为17.5%,碳含量为0.1%),造渣扒渣后在1560℃出炉,静置后浇注水玻璃砂型试样,浇注温度1480℃。试样的硼含量使用ICP-AES法进行分析,分析结果见表1。对试样进行表面除杂打磨处理, 在箱式电阻炉内进行热处理,试样在1000℃奥氏体化后分别进行水淬、水淬+550℃回火、退火处理。
  表1 试样的化学成分(质量分数,%)
 

C

B

Si

Mn

P

S

0.34

0.90

0.40

0.37

0.03

0.02

 
  铸造Fe-0.34C-0.90B合金凝固组织由珠光体、铁素体和硼化物组成。硼化物主要为Fe2B,在枝晶间呈连续网状分布。不同的热处理难以改变连续网状分布硼化物的形态,但是不同热处理后的组织和性能差异较大。其中经1000℃×1h奥氏体化后水淬处理的综合性能最佳,硬度达到56.0HRC,冲击韧度达到7.3J/cm2。铸造Fe-0.34C-0.90B合金经过热处理能一定程度地改善合金的力学性能,实现硬度和韧性在一个较大的范围内调节,便于应用于各种工况条件。

 

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