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1、 重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题 目 新型髙铬铸铁的组织与耐磨性研究 学 院 冶金与材料工程学院 专业班级 金属材料工程 071 学生姓名 陈鹏飞 学号 2007440427 指导教师 刘筱薇 2010 年 3 月 10 日开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后 2 周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见
2、。3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于 10 篇，其它不少于 12 篇（不包括辞典、手册） 。4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少 2000 字，其余内容至少 1000 字。毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析1、本课题的研究目的高 铬 铸 铁 是 第 三 代 白 口 铸 铁 ， 是 继 普 通 白 口 铸 铁 、 镍 硬 铸 铁 之 后 发 展起 来 新 一 代 白 口 铸 铁 ， 并 且 凭 借 其 优 良 的 性 能 大 量 的 取 代 它 的 前 辈 们 。 一般 来 说 高 铬 铸 铁 的 碳 含 量 为 2%3.2%、铬含量为 12%
3、28%。由于其自身组织的特点使其比普通铸铁具有更高的耐磨性，是当代最优良的耐磨材料，已在国内外得到广泛的应用。在建材、采矿、冶金、电力、耐火材料等领域中都受到青睐。例如球磨机的磨球、磨煤机的打击板、抛丸机的叶片等。其实虽然髙铬铸铁的应用只是在近几十年才开始，但它的研究却很早。早在 1892 年，国外就有人研究了铁-铬-碳系合金，并发现在铁-铬-碳系合金中存在铬-碳化合物。由于髙铬铸铁中含有铬碳化物它才具有比其他白口铸铁高很多的硬度同时铬碳化物也是影响其他性能的主要因素。高铬铸铁诞生于 19 世纪九十年代，但是由于当时的冶炼技术、研究手段不够发达，同时没有引起人们的足够重视，所以并没有得到大的发
4、展。到了 20 世纪 60 年代，髙铬铸铁才凭借自身的优良耐磨性能，在发达国家首次得到应用。而我国则在晚时候，也就是在 80 年代初，为满足生产的需要并在感应炉逐渐普及的情况下，才得到了较广泛的推广及应用。由于高铬铸铁金属组织的特点使得高铬铸铁比普通铸铁具有更高的韧性、高温强度，耐热性和耐磨等性能。一经推广就广受好评，很快发展形成了一系列的产品。本课题主要研究了不同高铬铸铁组织的耐磨性，通过对不同组织的观察，及其样品的耐磨性研究找到对高铬铸铁耐磨性有益的方案，希望通过研究对提高高铬铸铁的耐磨性有帮助。2、本课题的研究意义高铬铸铁从十八世纪起开始研究, 到 60 年代开始在发达国家开始应用、再到
5、 80 年代在我国进入广泛的实用阶段，到如今已经走过了 50 年的岁月。目前在很多领域它都起到了不可替代的作用。众所周知高锰钢是一种以高韧性冲击硬化著称的好材料，但在低冲击载荷条件下使用，都不能发挥潜在的冲击硬化能力，已逐步被高铬铸铁所取代，如破碎机的锤头、反击条等。国内外现在正在大量使用高铬铸铁材料 1，在美国 Cr15Mo3已经被大量应用，它被用于制造破碎机辊轮、矿山用冲击锤、离心机外壳和转子等工作于高冲击、磨损的环境的部件，还用高铬铸铁生产带内外筋片的换热器、烧结炉料盘和炉条、燃烧器喷嘴、玻璃瓶模具及发动机阀座等。同时在日本、俄罗斯也有对用高铬铸铁的广泛应用。前苏联就研制了 12%15%
6、Cr、3 % 5%Mn 的高 Cr - Mn 白口铸铁，其壁厚可达 200mm 的球磨机衬板，淬火硬度可达 HRC6062。欧美各国，高铬铸铁还用于热轧带钢精轧前段工作辊 , 欧洲绝大多数的热连轧机的工作辊条采用高铬铸铁，在法国甚至采用含铬量达到 20%的高铬白口铸铁作冷轧工作辊 , 其硬度可达HS90 以上。日本研究制造高铬铸铁轧辊代替部分半钢轧辊。我国在应用高铬铸铁方面也很广泛，不仅在锤头、衬板、磨球上被广泛的应用，在轧机的轧辊、导卫、滚筒、高炉料钟等都应用相当成功。例如郑州机械研究所开发研究的超高碳高铬堆焊药芯焊丝，能获得与摩擦面垂直的杆状 M3C7型碳化物，有望解决磨损件的焊补问题；大
7、连耐酸泵厂和石家庄泵业集团先后研究了在耐腐蚀泵上使用的超高铬铸铁材料，亦取得了满意的成效，华中科技大学的向红亮、罗吉荣、肖泽辉等人研究发现用高铬铸铁制成的纤维板热磨机材料磨片比用不锈钢制成的耐磨性能有明显改善 2。步入二十一世纪，由于需求的增多，工作环境的改变。对材料的性能提出了新的要求，高铬铸铁也在这样的形势下得到了发展，出现了含铬量达到30%的超高铬铸铁。同时随着研究的深入，微量元素的加入也赋予了髙铬铸铁更多的新性能，比如耐磨、耐高温性。本课题是配合垃圾焚烧发电的炉排材料研究开展的，它的开展有利于提高高铬铸铁额耐磨、耐蚀性。可以对解决当前我国日益紧张的用电状况、和改善城市居民的生活环境起到
8、积极作用。3、国内外的研究现状分析31 高铬铸铁的种类经过数十年的发展高铬铸铁已经发展成为拥有众多家族成员的白口铸铁。它们分工明确，各自有各自的优缺点。拥有适合各自的应用领域。3.11 普通高铬铸铁普通髙铬铸铁是碳 含 量 在 2%3.2%、含铬量在 12%28%的高铬铸铁，并且掺杂了诸多合金元素的髙铬铸铁。与其他铸铁，合金材料相比髙铬铸铁在耐磨性能上要普遍技高一筹。在这一类高铬铸铁中普遍加入了硅、锰、钼、镍、铜、硫、磷等合金元素中的一种或多种。一些有特殊用途或特殊性能的髙铬铸铁中还加入了钛、钨、钒。它们的加入使得髙铬铸铁组织和性能都得到了改善。这一类髙铬铸铁是目前应用最为广泛，同时也是研究最
9、为成熟的一类髙铬铸铁。在这一类的髙铬铸铁中普遍分为采用亚共晶成分的髙铬铸铁和采用共晶及稍过共晶的高铬白口铸铁。在二十一世纪之前的研究应用中人们普遍采用了亚共晶成分的髙铬铸铁，这是因为受限于人们对白口铸铁的长期认识，觉得他是脆性的材料，高铬铸铁也不例外，为了服役中不破碎，要采用亚共晶成分。这类高铬铸铁的成分是 3C-15Cr-3Mo 型，含 Cr 量普遍小于 18 %3。这类材料在二十世纪九十年代被广泛的使用。二十一世纪初,经过科学家的研究及实践证实 4，冲破了白口铸铁为保证不破裂应采用亚共晶成分的传统观念，得到了采用共晶及稍过共晶的高铬白口铸铁，这种高铬铸铁更加的耐磨。成分也不是 3C-15C
10、r-3Mo 型，含 Cr量也大于 18 %。3.12 超高铬铸铁随着人们对髙铬铸铁的了解，以及工作环境对材料提出新的要求。科研工作者研发了一类新的高铬铸铁超高铬铸铁 5 。超高铬铸铁是指铬含量超过 30%的铬系白口铸铁，它是在普通髙铬铸铁的基础上研究出来的新型材料。二十世纪九十年代加拿大和澳大利亚的科学家率先研发了含碳量为4.5%5.0%，含铬量为 30%35%的超高铬铸铁 6。在国内大连耐酸泵厂、石家庄泵业集团和郑州机械研究所也先后开发了超高铬铸铁，并且取得了非常好的效果。与它的同类门相比，超高铬铸铁有两种，分别为先析出相位富铬铁素体的亚共晶白口铸铁和先析出相为相为 M7C3型碳化物的过共晶
11、高铬白口铸铁。在性能上它解决了初生碳化物粗大引起韧性不足的问题。目前，西安交通大学正在对共晶高铬铸铁进行变质细化和半固态成型的研究工作 79。超髙铬铸铁的研究开发，正在成为一个热点，引起了诸多如石油化工、湿法冶金等工业领域的广发关注。3.2 高铬铸铁的合金化合金元素的加入能够有效的促使材料的组织发生改变，还能强化基体组织，达到细化结晶组织细化基体、细化碳化物的功效。所以加入合金元素可以有效的赋予材料许多的新的性能或者强化材料已有的性能。在髙铬铸铁中通常为改善其组织而加入的合金元素有硅、锰、钼、镍、铜、硫、磷、钛、钨、钒等。经过冶金工作者的多年研究发现，在高铬铸铁中加入 V、Nb 、Ti 等合金
12、元素可以细化奥氏体晶粒，并使得它的力学性能和耐磨性得到提高。经研究发现，在高铬铸铁中随着 V、Nb 、Ti 的加入会出现共晶区域 10，使单独奥氏体区域变小，也就是细化奥氏体。同时研究发现这三种元素的同时加入可以起到相互辅助的作用，效果会更好。在高铬铸铁中加入 V、Nb 、Ti、W 会使其形成比 M7C3 还硬的高硬度相，并使其在碳化物总量中占有一定的比例，并让这些碳化物成团状，细化处理。这样做的结果能得到抗磨性和韧性都提到的新材料。研究还发现 11，在高铬铸铁中加入 Nb 这一元素也能起到很好的作用，作为一种强烈的碳化物形成元素 Nb 在加入高铬铸铁之后可使其强度、硬度、耐磨性和热冲击性得到
13、加强，使其性能得到改善和拓宽，使其使用领域也得到开发。许多情况下为了改善高铬铸铁的组织工艺性能和力学性能，除了调整铬碳含量外，也会在生产、研究上入如钼、铜、铌等辅助合金元素。它们能够显著的提高高铬铸铁的耐磨性能，它们的加入可提高基体组织的抗磨能力。33 变质处理作为一种既简单又经济的强化处理方法，变质处理在很多领域都受到应用，在高铬铸铁的研究、生产中也得到一定的应用。它是通过改变碳化物的形态和分布来提高高铬铸铁的韧性。研究发现 12，在高铬铸铁中常用的变质元素有 Mg、P、Zn、k、Na、B、Si、RE、Ba 等，由于我国的稀土元素比较富裕，所以在我国更多的是稀土变质，这也是最有效的变质处理。
14、研究表明对含 Cr15%用稀土复合变质剂处理的高铬铸铁变质处理后生产的渣浆泵铸件,使用寿命比未变质前提高一倍。34 热处理高铬铸铁通过热处理，可以改变碳化物的形态的分布，并且细化基体组织，以获得较理想的力学性能。所以，可以用热处理的手段来解决一些通过其他手段无法解决的难题，使材料性能达到使用要求。一般高铬铸铁的组织主要由马氏体、碳化物(共晶和二次碳化物)以及残留奥氏体组成。其常规热处理制度为 9601040空冷淬火+200250回火。根据今年来的一些研究表明，对低碳高铬铸铁来说，热处理温度从 980提高到 1050时，高铬铸铁的硬度增加,从 1050提高到 1100时，硬度明显下降 13。在不
15、同的热处理工艺下,低碳高铬铸铁磨损率均随着热处理温度的提高而呈下降趋势, 耐磨性能提高。同时，还有研究表明高铬铸铁经高温淬火（1100)后，在 520560回火时，其硬度值要高于“最佳”热处理时的硬度，此时分料盘的耐磨性是“最佳”热处理时的 1.59 倍 14。本课题和目前许多的研究项目一样致力于对髙铬铸铁的耐磨性研究，希望能找到一种有助于髙铬铸铁耐磨性的方法。参考文献： 1 刘晨，潘保良. 高铬铸铁件的生产应用技术综述J.云南冶金.2006.10 第三十五卷第五期：8592 2 Xiang Hongliang, Luo Jirong，Xiao Zehui. Study on the new materials for fiberboard refiner plate of defibratorJ. Journal of Forestry Research， 2003, 14(1): 89-92 3 子澍. 展望高铬铸铁的发展J. 铸造技术.2008.10：14171420 4 朴东学，齐笑水，闫平.提高高铬白口铸铁件性能的研究和生产实践J.现代铸铁, 2005，(2) :124 5 杨雄，魏世忠，李继文，张国赏，徐流杰，龙锐. 超高铬铸铁的研究现状与前瞻J.铸造技术.2008.6：818822
