【摘 要】
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本文研究了严苛环境下钢的复合磨损机制,以及含亚稳奥氏体耐磨钢在冲击磨损中的组织演变及其磨损行为。基于多种单一磨损类型和机制的分析,发展建立了冲击磨粒磨损复合模型,揭示了含亚稳奥氏体耐磨钢的冲击磨粒磨损行为与其组织之间的相关性规律。首先,在冲击磨粒磨损条件下,磨粒滑动会在磨损面上引起犁沟切屑;磨粒冲击会增加材料裂纹产生的几率,产生片状磨屑。本文以切削磨损机制和微裂磨损
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本文研究了严苛环境下钢的复合磨损机制,以及含亚稳奥氏体耐磨钢在冲击磨损中的组织演变及其磨损行为。基于多种单一磨损类型和机制的分析,发展建立了冲击磨粒磨损复合模型,揭示了含亚稳奥氏体耐磨钢的冲击磨粒磨损行为与其组织之间的相关性规律。首先,在冲击磨粒磨损条件下,磨粒滑动会在磨损面上引起犁沟切屑;磨粒冲击会增加材料裂纹产生的几率,产生片状磨屑。本文以切削磨损机制和微裂磨损机制为基础,建立了冲击磨粒磨损率预测模型。用马氏体钢、无碳化物贝氏体钢和含碳化物贝氏体钢验证了磨损率预测模型的准确性。其次,讨论了无碳化物贝氏体钢的硬度、断裂韧性及环境中的氢与材料抗冲击磨粒磨损性能之间的关系;重点探究了多相组织中残余奥氏体碳含量、尺寸、体积分数、形貌、以及周围相与耐磨性之间的相关性规律。当残余奥氏体的层错能SFE(stackingfaultenergy)位于18～30mJm~(-2)时,材料的耐磨性随着残余奥氏体机械稳定性的升高而升高。研究发现残余奥氏体发生从孪生→马氏体相变的演变序列,在磨损样品累积变形的亚表层中形成由不同相变产物构成的梯度组织,通过实验证明该梯度组织可有效提高材料的抗冲击磨粒磨损性能。另外,在应变量小于0.05时,氢会加速块状残余奥氏体相变,导致微孔形核速率加快和数量增加,促进裂纹的长大,恶化耐磨性能。在材料表层构建含有大量氢陷阱的阻氢层后,材料的耐磨性提高约17%。最后,基于上述研究结果开发了新型含亚稳奥氏体贝氏体耐磨钢。实际工况数月服役表明,新研制的贝氏体钢可替代直径Φ10.37米半自磨机原高Cr铸铁提升条;在直径Φ7.5米半自磨机上,马氏体钢替换为新型贝氏体耐磨钢,耐磨性提高约30%,延长了材料的服役寿命。
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