1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　論文（設計）題目：合金元素對潛孔鉆頭用鋼22SiMnCrNi2Mo的性能影響研究 </p><p>　　學 院： 材料與冶金學院 </p><p>　　專 業(yè)： 材 料 物 理 </p><p>　　班 級： 091

2、 班 </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　2013年6月1日</b></p><p>

3、;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractI</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1研究潛孔鉆頭的背景與意義1</p><p>　　1.1.1 潛孔鉆頭的背景

4、1</p><p>　　1.1.2 潛孔鉆頭的意義1</p><p>　　1.2 潛孔鉆頭的國內外研究狀況1</p><p>　　1.3潛孔鉆頭仍存在的問題2</p><p>　　1.4合金元素對低碳合金鋼的影響3</p><p>　　1.4.1合金元素在鋼中的存在形式3</p><p&g

5、t;　　1.4.2合金元素對鐵碳相圖的影響2</p><p>　　1.4.3 Mn對低碳合金鋼的影響4</p><p>　　1.4.4 Mn對低碳合金鋼的影響4</p><p>　　1.4.5 Si對低碳合金鋼的影響4</p><p>　　1.5本文課題的目的和內容5</p><p>　　1.5.1本文課題的

6、目的5</p><p>　　1.5.2本文課題的內容5</p><p>　　第二章 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼的成分、組織、工藝及性能6</p><p>　　2.1 實驗材料6</p><p>　　2.1.1 實驗基材6</p><p>　　2.1.2 實驗儀器設備6</p>&

7、lt;p>　　2.2 熱處理后的組織觀察7</p><p>　　2.3 常規(guī)性能測試以及整理數(shù)據(jù)8</p><p>　　2.3.1 拉伸實驗8</p><p>　　2.3.2 硬度實驗10</p><p>　　2.3.3 沖擊實驗11</p><p>　　2.4對實驗結果討論12</p>

8、<p>　　第三章 實驗結果分析與總結13</p><p>　　3.1 試樣材料的金相組織分析13</p><p>　　3.2 總結Mn、Si元素含量的變化對22SiMnCrNi2Mo低碳合金鋼性能的影響13</p><p>　　第四章 結 論15</p><p><b>　　參考文獻16</b>

9、</p><p><b>　　致 謝17</b></p><p>　　合金元素對潛孔鉆頭用鋼22SiMnCrNi2Mo的性能影響研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在沖擊、腐蝕和磨損并存的工況條件下，傳統(tǒng)的濕式磨機襯扳材質，如高錳鋼、中碳合金鋼和高鉻鑄鐵等，

10、雖然各有優(yōu)點，但綜合表現(xiàn)不佳，低碳高合金鋼的研制成功很好的解決了這一問題。這是一種新型的合金鋼，本文就合金元素對其組織與性能的影響作了一些探討。</p><p>　　對不同成分Mn、Si含量的合金鋼材料，按預定工藝淬火并回火，采用光學金相顯微鏡、顯微硬度等手段分析了不同處理狀態(tài)的組織構成，并測定了力學性能。結果表明，過高和過低的含碳量均產生不利影響，恰當?shù)暮辖鹪睾靠梢垣@得預期的組織與性能。</p>

11、<p>　　為了研究合金元素對22SiMnCrNi2Mo低碳合金鋼的性能影響，考慮到低含碳量對低碳高合金鋼的影響：含量較低時不改變單相馬氏體的組織，但具體含量的變化影響其性能。從合金元素成分、工藝、組織、性能的控制，尋求耐沖擊、耐磨損、耐腐蝕的綜合性能。本文重點研究合金元素含量對低碳合金鋼的性能影響，找出力學性能最佳的一組合金成分的材料。</p><p>　　關鍵詞：低碳高合金鋼,合金元素,碳含量,

12、板條馬氏體</p><p>　　DTH Bits of alloying elements on the performance impact of steel 22SiMnCrNi2Mo</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In shock, corrosion and wea

13、r the coexistence of working conditions, the traditional pull wet mill lining materials, such as high manganese steel, carbon steel and high chromium cast iron, although its own advantages, but the overall poor performan

14、ce, low-carbon the successful development of high-alloy steel a good solution to this problem. This is a new type of alloy steel, this article alloying elements and properties of their organizations were some discussions

15、.</p><p>　　Different components of Mn, Si content in steel materials, and tempered by a predetermined hardening process, using an optical microscope, by means of micro hardness of different processing state

16、of tissue composition and mechanical properties were determined. The results show that the volume is too high and too low carbon adversely affect the proper content of alloying elements can obtain the desired microstruct

17、ure and properties.</p><p>　　Alloying elements on 22SiMnCrNi2Mo order to study the performance impact of low-carbon steel, low carbon content, taking into account the low carbon high alloy steel effects: low

18、er content does not change the single-phase martensite, but the specific content changes affect its performance. From the alloying elements composition, process, organization, performance control, seeking impact resistan

19、ce, wear resistance, corrosion overall performance. This paper focuses on the content of alloying elem</p><p>　　Key words: low carbon high alloy steel, alloying elements, carbon content, lath martensite</

20、p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　1.1 研究潛孔鉆頭的背景與意義</p><p>　　1.1.1 潛孔鉆頭的背景 </p><p>　　潛孔鉆具是一種以壓縮空氣為動力源，將鑿巖沖擊動力部份潛入鑿巖孔中，通過沖擊器的配氣裝置控制活塞作往返運動、沖擊配置在沖擊器前端的潛孔鉆頭，將沖擊能量傳遞

21、到鉆頭，由鉆頭破碎巖石的鑿巖設備。 </p><p>　　1.1.2 潛孔鉆頭的意義</p><p>　　潛孔鑿巖鉆機主要用于露天礦山開采、水利水電工程、巖石錨固孔鉆鑿，以及地下金屬采礦等施工場地。與常見的鑿巖機械相比，潛孔鉆機具有鉆孔深、鉆鑿孔徑大、鉆孔效率相對較高及適用范圍廣等特點，因此在鑿巖機械產品中占據(jù)了很大一塊市場。高風壓潛孔鉆頭是高風壓潛孔鑿巖工程中的關鍵部件，也是主要消耗件之

22、一。據(jù)統(tǒng)計，在鑿巖成本中，鉆頭費用占20%以上。研制長壽命高風壓潛孔鉆頭已成為高效、低耗鑿巖必須解決的新世紀重大工程技術難題。目前首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司正研發(fā)生產FF710（22SiMnCrNi2Mo）潛孔鉆頭，其產品在礦山實驗過程中出現(xiàn)掉齒、崩塊、不適應堅硬巖石等問題。本項目旨在通過對潛孔鉆頭的冶煉、熱處理及固齒工藝方面的試驗研究，找到提高潛孔鉆頭產品質量，延長使用壽命的途徑和方法，從而擴大生產規(guī)模，創(chuàng)造更大經濟效益。 </

23、p><p>　　1.2潛孔鉆頭的國內外研究狀況</p><p>　　中高風壓露天潛孔鉆機應用普遍。如英格索蘭的CM341、CM351、阿特拉斯·科普柯的ROC400系列、ROC460系列的部分產品等。半液壓潛孔鉆也得到了廣泛的應用。英格索蘭的㈣鉆機、阿特拉斯·科普柯的ROC璐鉆機是較為典型的半液壓潛孔鉆機。這些設備的共同特點是自動化程度越來越高，部分功能實現(xiàn)智能化。<

24、/p><p>　　我國對潛孔鉆機的研究起步較晚，現(xiàn)露天潛孔鉆機已有多種機型及其配套設備，而應用于地下潛孔鑿巖的鉆機早期僅有YQ—100型鉆架，鉆孔直徑105mm，鉆孔每臺班6—7m。近年來，100mm左右孔徑的井下潛孔鉆機多臺，但這些潛孔鉆機由于鉆孔直徑和鉆孔深度均較小，孔斜率也無法控制，不能滿足大直徑深孔采礦的要求。隨著大直徑深孔采礦方法在我國的推廣和應用 ,為了解決鑿巖設備依賴進口的局面 ,近年來 進行了一些研究

25、工作 ,在鉆具方面已有自己的系列 產品 ,鉆機的研究一直發(fā)展緩慢 ,主要以仿制為主。先后仿制了 ROC306 (國產型號 DQ150 ) 20 余臺 ,該鉆機在我國大直徑深孔采礦初期階段發(fā)揮了重大作用 ,但由于其主要工作機構用氣壓驅動 ,使鉆機工作 效率不高 ,定位穩(wěn)定性差 ,鉆孔精度低 ,不能滿足生 產的需求 ,已淘汰使用。</p><p>　　近十余年來，我國的潛孔鉆具工業(yè)取得了長足的發(fā)展，一大批具有相當制造

26、實力的生產企業(yè)已經成為我國潛孔鉆具工業(yè)的中堅力量，產品的性能和質量也不斷提高。但和國際上著名生產廠商的產品相比，國產潛孔鉆具仍然存在著技術性能指標和質量指標偏低，可靠性和使用壽命不穩(wěn)定，部分產品技術參數(shù)匹配和結構設計欠佳，產品的性能得不到有效發(fā)揮，以及產品種類及品種規(guī)格偏少等一系列不足之處。隨著我國基礎設施工程建設規(guī)模不斷增加，對鑿巖釬具及鉆具的市場需求量持續(xù)上升，選擇高性能、高效率的鑿巖機械已經成為工程部門關注的要點。在今后3～5年的

27、時期內，潛孔鉆具，特別是高風壓潛孔鉆具仍將會成為鉆爆法工程施工中最受關注的鑿巖工具種類之一。因此，研發(fā)生產出高質量的潛孔鉆頭對提升企業(yè)競爭力，發(fā)展貴州工業(yè)經濟起到積極的推動作用。 </p><p>　　1.3 潛孔鉆頭仍存在的問題 </p><p>　　潛孔鉆頭工作條件惡劣，受礦石和磨球的沖擊，此外運動到一定深度度機器的鉆頭與礦石對襯也產生強大的壓強和一定的沖擊，解決問題的關鍵在于，從成

28、分、工藝、組織、性能的控制，尋求耐瘩、耐蝕及耐沖擊的最佳配合范圍。簡而言之，要求潛孔鑿巖有鉆孔平直度高、孔壁光整、鉆桿、沖擊器剛性好、不依賴高軸向推力，鉆孔深度不受限制和設備投資低、便于維護等一系列特點。</p><p>　　鑒于目前常用的鉆頭材質，高錳鋼韌性有余，硬度、耐磨性不足；中高碳低合金鋼的韌性與耐蝕性不夠；高鉻鑄鐵耐磨耐蝕性好，但韌性不足。上述材質總是存在這樣或那樣的缺陷，所以低碳高合金鋼在成分上力求耐

29、磨、耐腐蝕、耐沖擊三者并重。潛孔鉆具主要包括潛孔鉆機、潛孔鉆桿、潛孔沖擊器和潛孔鉆頭，從原材料進廠到成品出庫全過程中，始終堅持高質量、嚴要求。</p><p>　　1.4 合金元素對低碳合金鋼的影響</p><p>　　1.4.1合金元素在鋼中的存在形式</p><p>　　合金元素在鋼中的作用與其在鋼中的存在形式有直接關系。臺金元素在鋼中的分布狀況不僅與合金元素本

30、身的特性、含量以及碳的含量有關，而且還受熱處理工藝條件的直接影響。</p><p>　　1)溶入固溶體成為合金奧氏體或合金鐵素體是合金元素在鋼中存在的主</p><p><b>　　要形式之一。</b></p><p>　　2)形成具有金屬性的化合物。過渡族金屬常與半徑小的非金屬元素形成碳化物、氮化物和硼化物，合金元素之間或合金元素與鐵之間也可

31、形成各種金屬間化合物。碳化物也是合金元素存在的主要形式之一，根據(jù)形成的傾向大小，可將合金元素劃分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素，前者如鈦、錕、鋯、釩、鋁、鎢、鉻和錳等，后者有鎳、硅、鋁、鈷、銅等。</p><p>　　3)微量地存在于非金屬夾雜物中，如氧化物、硫化物、硅酸鹽等。這是因為有些元素是在熔煉的最后階段加入的，它們與鋼液中殘存的氧發(fā)生反應，形成氧化物，但來不及進入渣中，結果以極微細質點的非金屬夾雜物存

32、在于鋼中。</p><p>　　4)自由狀態(tài)存在。個別元素如鉛、銅和鈹含量超過其溶解度時，將以自由狀態(tài)存在于鋼中。 </p><p>　　1.4.2合金元素對鐵碳相圖的影響</p><p>　　合金元素對鐵碳相圖的影響對于分析合金鋼在熱處理過程中的組織變化和制訂熱處理工藝是很重要的。實際上合金鋼系三元或多元合金，應該建立三元或多元狀態(tài)圖作為研究合金鋼中組織和相變

33、的基礎，但由于三元或多元相圖較為復雜，而分析Fe-Fe3C平衡圖的變化最為直觀。因此遙常以鐵碳相圖為出發(fā)點，分析合金元素對它的影響，來粗略地了解合金元素的作用。</p><p>　　1）對奧氏體相區(qū)的影響：鐵碳相圖中的奧氏體相區(qū)即NJESG區(qū)，合金元素加入以后。可使其擴大或縮小，錳與鎳屬于前者。鉻、鎢、釩、鈦、硅等屬于后者，碳擴大r相區(qū)的作用是其他合金元素的幾十倍以上。值得注意的是，縮小奧氏體相區(qū)的合金元素當其含

34、量超過某一臨界值后，可使奧氏體相區(qū)完全消失。鉻的臨界值約為19％，除鉻外，鎢約為12％：硅約為4.5％；鈦約為1.0％。</p><p>　　2)對鐵碳相圖中S點和E點成分的影響：總的說來，凡能擴大r相區(qū)的元素隨其含量的增加，均將使S點及E點向左下方移動(如錳、鎳等)；</p><p>　　凡能縮小r相區(qū)的合金元素隨其含量的增加均將使S點及E點向左上方移動。S點是共析點，S點左移，說明共析

35、含碳量減少，例如，一般碳素鋼共析成分含碳量為0．8％，如果鋼中加入13％鉻，共析點的含碳量即移至O．3％，這樣一來，含碳為O．4％的4Crl3不銹鋼便屬于過共析鋼了。我們知道，所有的合金元素都降低共析含碳量。鉬和鎢稍有差別，當含量低時，使共析含碳量降低，當達到一定量后，又使共析碳量回升。</p><p>　　3)對臨界點的影響：合金元素對鐵碳相圖的另一重要影響就是改變鐵碳相圖中臨界點A1和A3的位置，因此合金鋼的

36、熱處理溫度不同于碳鋼。規(guī)律如下：凡擴大r相區(qū)的合金元素如鎳、錳、銅、氮等均將使鐵碳相圖中Al和A3的溫度下降，但鈷使A1和A3升高是個例外：縮小r相區(qū)的合金元素如鎢、鉬、硅、鋁、鈮、釩等，使鐵碳相圖中A1和A3</p><p>　　的溫度升高。鉻稍有不同，含量低于7．5％時使鐵碳相圖中A3點溫度下降，含量高于7．5％時則使A3溫度升高，但隨鉻量增加，Al溫度卻一直是升高的。A1升高意昧著加熱時奧氏體化的溫度提高了

37、，這直接影響著合金鋼熱處理的溫度。</p><p>　　1.4.3合金元素對低碳合金鋼性能的影響</p><p>　　固溶于鐵素體中的合金元素均能在不同程度上提高鋼的屈服強度、抗拉強度及硬度，其中多種合金元素在提高強度的同時使塑性降低，因此對鋼的沖擊韌度也帶來不同影響。P、Si、Mn強烈提高鐵素體硬度而Cr、W、V、Mo則較弱，Si和Mn還強烈降低鐵素體的沖擊韌度，但少量的Mn、Cr、Ni

38、能使沖擊韌度稍有提高。低碳合金鋼經過最終熱處理獲得的力學性能如下：油淬冷卻的合金硬度HRC-51，沖擊韌性ak>50J/cm2；風冷后的合金硬度HRC45-50，沖擊韌性ak>60J/cm2。合金的鑄態(tài)組織及各種熱處理狀態(tài)的組織均基本為板條馬氏體。</p><p>　　1.4.4 Mn對低碳合金鋼的影響</p><p>　　Mn在鋼中能顯著擴大奧氏體相區(qū)，降低相變溫度，細化相變

39、組織，改變組織結構。當C含量較低時Mn不僅起到提高強度的作用，并能有效保證塑性和韌性，對低合金鋼的耐蝕性也無明顯影響。隨著Mn含量的提高，鐵素體、珠光體相變孕育期延長。這是由于錳擴大 r相區(qū)，形成無限固溶體及形成合金滲碳體。錳降低鋼的相變臨界點，導致鋼中鐵素體形核率增大，晶粒更加細小。錳顯著延長孕育期，增加鋼的淬透性。同時錳可以降低形成貝氏體組織的臨界冷卻速率。</p><p>　　1.4.5 Si對低碳合金鋼的

40、影響</p><p>　　硅作為低碳貝氏體鋼中的一種主要合金元素,在一定含量范圍內可有效地提高鋼中殘留奧氏體量及其熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性,從而使鋼的強韌性得到改善。隨著硅含量增加,低碳貝氏體鋼的強度和韌性呈先增加后降低的規(guī)律變化,在某一硅含量下強度和韌性同時達到最大。Si不僅可提高鋼的強度,而且在一定含量范圍內還可降低韌脆轉折溫度,并可提高鋼的塑性。此外,Si在鋼中的另一作用是強烈阻止?jié)B碳體析出,從而提高了鋼的回火

41、抗力,另一方面使貝氏體鐵素體板條間存在一層殘留奧氏體膜，形成準貝氏體組織,從而明顯提高鋼的強韌性及疲勞性能。</p><p>　　1.5 本文課題的目的和內容</p><p>　　1.5.1本文課題的目的</p><p>　　潛孔鉆頭工作條件相當惡劣，在鉆鑿過程中接觸并破碎巖體，釬具在高頻率高沖擊功鑿巖機施加的拉壓彎曲扭轉循環(huán)應力作用下，承受著巨大的沖擊載荷和磨料的

42、劇烈磨損。因此，為了提高潛孔鉆頭的使用壽命，要求釬具用鋼的性能具有如下特點: 高強度、高韌性、耐磨損、耐腐蝕、極高的沖擊疲勞性能、較高的空冷淬硬性、熱處理工藝簡單、成本低廉等。22SiMnCrNi2Mo鋼是一種低碳馬氏體合金鋼，與瑞典鋼號成分相近因其強韌性和工藝性能良好，被廣泛應用制作鉆頭和滲碳鉆具。</p><p>　　1.5.2 本文課題的主要內容：</p><p>　　22SiMnC

43、rNi2Mo低碳高合金鋼的成分、組織、工藝及性能；</p><p>　　合金金成分對低碳高合金鋼組織觀察及常規(guī)性能的影響；</p><p>　　分析Mn、Si元素含量的變化對22SiMnCrNi2Mo低碳合金鋼性能的影響；</p><p>　　第二章 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼的成分、組織、工藝及性能 </p><p><

44、;b>　　2.1 實驗材料</b></p><p>　　2.1.1 實驗基材</p><p>　　為了研究合金成分對低碳高合金鋼的組織及性能的作用，所有的合金元素都使共析點S左移，且影響的強度相當?shù)拇?，在高合金的條件下，這一趨勢會體現(xiàn)的更加明顯，此時，0.3％的含碳量可能就已經成為實際意義上的“過共析鋼”，因此為了保證低碳的需要，我們將碳含量的變化范圍限定在0.3以下?？?/p>

45、慮到碳含量對低碳高合金鋼可能的影響包括兩種情況：一是含量較低時不改變單相板條馬氏體的組織，但是具體量的變化影響其性能。二是合金元素含量達到一定程度時，是否會改變組織構成。因此對于碳含量的研究，我們進行了從高到低，并最終采用了三種成分，即碳量分別為0.28％、0.26％和0.27％。此碳量的比較可以說明第一種情況，而后一種則說明了第二種情況。對于其他合金含量的微量變化，由于是一項全新的嘗試，因此首要前提是和Mn、Si微量變化低碳高合金鋼一

46、樣，獲得單相板條馬氏體，在此基礎上與同碳量的含鎳低碳高合金鋼作性能比較。</p><p>　　本試驗選用商用合金鋼材料，牌號為 22SiMnCrNi2Mo的基本材料及其要求如下表（表2.1）：</p><p>　　表2.1 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼化學成分</p><p>　　2.1.2 實驗儀器設備</p><p>　　

47、本實驗主要有用于不同含量的合金元素材料進行熱處理的箱式熱處理爐，用于力學性能測試力學拉伸試樣機、硬度儀、沖擊試樣機，用于組織金相觀察光學金相顯微鏡等。</p><p>　　2.2 熱處理工藝 </p><p>　　針對于低碳合金鋼的熱處理工藝，主要有有正火、退火、淬火和回火四種基本工藝。正火、退火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。&

48、lt;/p><p><b>　?。?）正火：</b></p><p>　　是將鋼材或鋼件加熱到臨界點AC3或ACm以上的適當溫度保持一定時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。目的是提高低碳鋼的力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。</p><p><b>　?。?）退火</b>

49、;</p><p>　　是將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。 </p><p><b>　?。?）淬火：</b></p><p>　　是

50、將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。目的是使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度等。</p><p>　?。?）回火 </p><p>　　是淬火后將工件加熱到低于臨界點的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。目的是為了獲得所需要的穩(wěn)定組織和性能，并消除或減少淬火內應力，防止工件

51、變形開裂，穩(wěn)定組織，降低硬度，便于加工。</p><p>　　本實驗旨在研究是合金元素對潛孔鉆頭用鋼22SiMnCrNi2Mo的性能影響對材料進行油淬火回火，鋼的熱處理工藝研究中，回火的目的是為了降低或消除淬火引起的殘余應力及提高鋼的塑性及韌性，降低其脆性，獲得硬度、強度、塑性和韌性適當?shù)呐浜?。在確定淬火加熱溫度前，首先必須確定相變點的溫度。根據(jù)查找相關實驗數(shù)據(jù)本次合金系的 A1(℃)=735℃；A3(℃)=82

52、0℃根據(jù)對相變點的研究，試驗用淬火和回火的溫度選擇如下：在箱式熱處理爐中進行，試樣淬火溫度是860oC，保溫35分鐘，油淬冷卻。為了達到組織設計要求，獲得馬氏體組織，進一步回火?；鼗鹉苓M一步細化晶粒，消除淬火應力。對于低碳合金鋼而言，由于合金元素擴散緩慢，因此保溫時間比較長。所以在試樣淬火后選擇200oC、保溫4小時、空冷回火。</p><p>　　2.3 熱處理后的組織觀察</p><p&g

53、t;　　低碳合金鋼熱處理后的最終組織為單相板條馬氏體。馬氏體組織首先為獲得高硬度、高耐磨性提供了保證；其次，單相的組織液有利于提高合金鋼的耐蝕性；板條為主的馬氏體形態(tài)可以改善韌性，另外合金設計中添加的韌化材料的元素，以及工藝設計中消除脆化因素的手段，都從多渠道提高了馬氏體性。</p><p>　　本實驗采用BX41型光學金相顯微鏡觀察每種材料的淬火和回火態(tài)金相組織，由于低碳高合金鋼有很好的耐蝕性，因此腐蝕劑選用了

54、腐蝕性較強溶液(4％的硝酸酒精溶液)作金相腐蝕液，對其組織進行觀察。</p><p>　　2.4 常規(guī)性能測試以及整理數(shù)據(jù) </p><p>　　主要測定了三種與材料的力學性能相關的常規(guī)性能，即硬度、沖擊韌性以及均勻腐蝕性能，均采用未經磨損試驗的試樣進行。下面分別對拉伸實驗、硬度測試、沖擊測過程作以下介紹：</p><p><b>　　2.3.1拉伸試驗

55、</b></p><p>　　拉伸試驗指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法。本拉伸試驗是在Instron8801電液伺服試驗機上進行，測試過程符合GB/T228-2002；利用拉伸試驗得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標。 </p><p><b>　　其實驗步驟如下：</

56、b></p><p><b>　?。?）劃線測量</b></p><p>　　利用游標卡尺測量樣品的直徑，在不同的部位測量三次，參照下圖（圖2.1），用直尺測量樣品的原始標距，同樣取不同位置測量三次。然后使用劃線器在試樣上畫出試樣的標距。</p><p><b>　?。?）按照試樣 </b></p&g

57、t;<p>　　將樣品安裝在萬能拉伸試驗機上，按照試驗機的操作流程，對樣品進行拉伸，在電腦上記錄拉伸曲線。 </p><p>　　圖2.1 拉伸試樣尺寸（mm）</p><p><b>　　(3)界面操作</b></p><p>　　設置電腦屏幕上的各種拉伸參數(shù)，將初始數(shù)據(jù)設置為零，點擊開始按鈕，開始拉伸試驗。

58、當拉伸量趨于平穩(wěn)，將引申計取下，避免破壞設備。 </p><p><b>　?。?）拉伸過程 </b></p><p>　　繼續(xù)拉伸試樣，直到試樣斷裂。將試樣從試驗機上取下，觀察端口形貌?？梢钥吹蕉丝谥苓叺募羟写健?#160;</p><p><b>　　測量斷后試樣</b></p>&l

59、t;p>　　按照國標精度，測量斷后試樣頸縮直徑、斷后標距長度。試樣旋轉90度，再測量一遍。  </p><p><b>　　輸出數(shù)據(jù)</b></p><p>　　根據(jù)拉伸過程中測得的應力、位移和塑形變形的數(shù)據(jù)，按照國家標準給定的數(shù)據(jù)處理方式，計算機輸出拉伸試驗測得的三項拉伸強度和拉伸塑形的測試結果。 計算并整理得如下22SiMnCr

60、Ni2Mo低碳高合金鋼相關數(shù)據(jù)表（表2.3）</p><p>　　表2.2 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼拉伸前后數(shù)據(jù)</p><p>　　結合以上數(shù)據(jù)對伸長率、截面收縮率的處理：</p><p><b>　?。?）伸長率 </b></p><p>　　由測量得出的試樣斷后標距以及試樣拉伸前的標準標距可

61、以得到伸長率。</p><p>　　樣品的伸長率計算方法為 A=×100%</p><p><b>　　斷面收縮率</b></p><p>　　由測量的得到的試樣斷后的縮頸的直徑和試樣拉伸前的直徑可以得到截面收縮率。樣品的截面收縮率的計算方法為 Z=×100%</p><p>　　利用以上

62、公式和相關數(shù)據(jù)得到此次拉伸實驗的22SiMnCrNi2Mo低碳合金鋼的拉伸力學性能如下表（表3.3）。</p><p>　　表2.3 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼拉伸力學性能</p><p><b>　　2.3.2硬度試驗</b></p><p>　　每種材料的淬火回火態(tài)分別測定硬度，洛氏硬度（HR）測試當被測樣品過小或者布氏硬度（H

63、B）大于450時，就改用洛氏硬度計量。試驗方法是用一個頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑為1.59mm/3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度最常用標尺是HRC、HRB和HRA，其中HRC標尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調質鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應用最多的硬度試驗方法。HRB標尺用于測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRA標尺用于測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標尺

64、盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實際應用上一般只限于測試硬質合金和薄硬鋼帶材料。如下圖2.2為所示的洛氏硬度儀器。</p><p>　　圖2.2 洛氏硬度儀器</p><p>　　因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并不一致。 </p><p>　　下面將試樣表面打磨平整以

65、后在HR-150A洛氏硬度計上測定HRC值，每種材料取 2個試樣，每個試樣測3個點，獲得HRC值范圍。并取得其平均值，整理過后如下表所示（表2.2）。</p><p><b>　　2.3.3沖擊試驗</b></p><p>　　每種材料的淬火回火態(tài)分別測定韌性，沖擊試驗一般是確定軍民用設備在經受外力沖撞或作用時產品的安全性、可靠性和有效性的一種試驗方法。 工程上常用金

66、屬材料的沖擊試件一般在帶缺口槽的矩形試件，做成制品的目的是為了便于揭露各因素對材料在高速變形時的沖擊抗力的影響。缺口形狀和試件尺寸對材料的沖擊韌度值αk的影響極大，要保證實驗結果能進行比較，試件必須嚴格按照冶金工業(yè)部的部頒布標準制作。故測定αk值的沖擊實驗實質上是一種比較性實驗。</p><p>　　沖擊實驗方法與步驟如下：</p><p>　　1）測量試件尺寸，要測量缺口處的試件尺寸。&

67、lt;/p><p>　　2）調整沖擊試驗機指針調到“零點”根據(jù)試件材料估計所需破壞能量，先空打一次，測定機件間的摩擦消耗功。</p><p>　　3）將試件裝入在沖擊試驗機上，應使沒有缺口的面朝向擺錘沖擊的一邊，缺口的位置應在兩支座中間，要使缺口和擺錘沖刃對準。將擺錘舉起同空打時的位置，打開鎖桿。</p><p>　　使擺錘落下，沖斷試件，然后剎車，讀出數(shù)據(jù)并整理如下表

68、（表2.2）。做本實驗的應注意：在實驗過程中要特別注意安全，絕對禁止把擺錘舉高后安放試件，當擺錘舉高后，人就離開擺錘擺動的范圍，在放下擺錘之前，應先檢查一下有沒有人還未離開，以免發(fā)生危險。</p><p>　　試件沖斷時消耗的功，以下式可計算出材料的沖擊韌度值αk在JBN-300擺錘式沖擊試驗機上測定試樣缺口試樣的ak值，每種材料淬火回火態(tài)各2個試樣，測試獲得沖擊功,測試過程符合GB/T229-2007。<

69、/p><p>　　總結以上硬度和韌性每組測試數(shù)據(jù)取其平均值整理得到的數(shù)據(jù)如下（表2.2）：</p><p>　　表2.4 22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼力學性能</p><p>　　2.4對實驗結果討論 </p><p>　　三種不同合金元素含量的低碳高合金鋼l#、2#和3#，1#碳量相對最高，2#碳量中等，3

70、#碳量相對最低。三種合金元素含量的高低的低碳高合金鋼化學成分見表2．1。由表2.1、表2.2、表2.4、表2.3可見，三種低碳高合金鋼的碳量雖然不同，但是基本都保持在低碳的范圍內，且其他合金元素含量也基本相一致，這樣所作出的一系列比較</p><p>　　才是有意義的。才能相對比得出性能最佳的一組試驗材料。對比可知1#試樣的硬度普遍高于2#、3#試樣，而其沖擊韌性則普遍低于2#、3#試樣，3#試樣的淬火回火態(tài)硬度

71、稍高于2#試樣的淬火回火態(tài)，韌性也高于2#，1#試樣的淬火回火態(tài)硬度明顯高于退火態(tài)，而韌性卻低于2#。初步得出2#實驗材料為最佳性能的一組材料。 </p><p>　　第三章 實驗結果分析與總結</p><p>　　3.1 試樣材料的金相組織分析</p><p>　　根據(jù)鋼組織遺傳形成的條件和過程,我們對以上熱處理過后的試樣材料磨平、拋光，用4%的硝酸酒精侵蝕后在金

72、相顯微鏡下觀察顯微組織。進行金相組織采樣。其金相組織如下圖所示（圖3.1）：</p><p>　　圖3.1不同合金元素含量的三種試樣材料的金相組織</p><p>　　由以上金相組織圖做出以下分析討論：</p><p>　　1#試樣的淬火回火態(tài)組織均為單相板條馬氏體，這是因為低碳量和高的合金元素含量共同提高了淬透性，使得低碳高合金鋼即使在退火的緩冷條件下依然能夠得到

73、全馬氏體組織如下圖所示：</p><p>　　2#試樣的淬火回火態(tài)組織也均為單相板條馬氏體，金相組織如下圖所示。</p><p>　　3#試樣的淬火回火態(tài)組織則明顯不同于1#和2#，不在是單相板條馬氏體，其金相組織圖可以看出:3#試樣的淬火回火態(tài)象前倆種試樣為單相板條馬氏體，但馬氏體含量有了較大的提高，顧韌性值較高。</p><p>　　3.2 總結Mn、Si元素含

74、量的變化對22SiMnCrNi2Mo低碳合金鋼性能的影響</p><p>　　通過1#、2#以及3#試樣的金相組織，均能得到單相板條馬氏體，這是因為Mn、Si元素含量的影響，Ms點越高，越有利于得到板條狀馬氏體形態(tài)，同時高合金含量也極大的提高了鋼的淬透性，即使在退火緩冷的條件下也不會發(fā)生擴散甚至是半擴散性相變，而直接在Ms點以下固溶得到馬氏體。說明淬火確實可以起到均勻成分、細化晶粒的作用。</p>

75、<p>　　1#試樣的硬度普遍高于2#、3#試樣，而其沖擊韌性則普遍低于2#、3#試樣，這是因為1#含碳量相對較高，合金元素含量較高，因此馬氏體中碳的固溶度也較高的原因。3#試樣的淬火回火態(tài)硬度稍高于2#試樣的淬火回火態(tài)，韌性也高于2#，這主要是淬火均勻成分、細化晶粒，并使雜質溶入基體的結果。但是，1#試樣的淬火回火態(tài)硬度明顯高于退火態(tài)，而韌性卻低于2#，這應該是由于2#試樣Mn、Si元素含量較低，導致Ms點升高，退火過程中的

76、自回火效應增強，馬氏體中碳固溶度明顯不足，因而退火態(tài)硬度低而韌性卻很高。</p><p>　　結合潛孔鉆頭高強度、高韌性、耐磨損、耐腐蝕、極高的沖擊疲 勞性、能較高的空冷淬硬性、熱處理工藝簡單、成本低廉等特點可知2#為力學性能最佳的一組合金成分的材料。</p><p><b>　　第四章 結 論</b></p><p>　　如何提高潛孔鉆頭在

77、沖擊、腐蝕和磨損交互作用下的服役壽命一直是人們努力的目標。目前研究使用較多的材質主要是各類高錳鋼、中碳合金鋼系列和高鉻鑄鐵，雖然各有優(yōu)點，但綜合性能都不理想。從不同合金元素含量的金相組織來看第2#試樣材料22SiMnCrNi2Mo低碳高合金鋼很好的解決了這一問題，本文對這一新型鋼種中合金元素的影響作了初步探討，主要結論如下：</p><p>　　1）Mn、Si固溶于鐵素體中產生強化的作用是最明顯的，實驗表明少量的

78、Mn、Si卻反而能使塑性和沖擊韌性稍有提高。加錳、硅低碳高合金鋼的退火組織出現(xiàn)異常的最主要的原因可能在于錳的加入影響了結晶過程，加大了合金元素分布的不均勻性，使鑄態(tài)結晶組織中出現(xiàn)了合金元素的碳化物，如含量很高的鉻更加可能出現(xiàn)這種情況。</p><p>　　2）低碳高合金鋼的退火和淬火回火態(tài)組織均為完全單相板條馬氏體，淬火回火態(tài)板條較細；隨著碳含量的變化，低碳高合金鋼的終態(tài)(淬火回火態(tài))性能有所變化，這是由組織、成

79、分的變化決定的。</p><p>　　3）單相板條馬氏體是低碳高合金鋼獲得優(yōu)良沖擊腐蝕磨損性能的最佳組織，在充分控制碳含量的前提下，以適量的合金元素加入鋼中提高鋼的淬透性以及其他的性能是可行的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］ 郭勇、周振華.潛孔鉆機的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[M] ,2008</p&

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82、業(yè)大學</p><p>　?。?］ 周振豐.20Cr2Mn2Mo鋼組織遺傳的金相組織研究機械工業(yè)出版社[J].太原工業(yè)大學2002</p><p>　?。?］ 朱洪武，劉雅政，閆永明.釬具用鋼22Si2MnCrNi2MoA 連續(xù)冷卻相變的組織變化[J],北京科 技大學材料科學與工程學院，2013（34）</p><p>　　［10］ 許興、張來啟、

83、吳結才.Mn含量對高強度耐候鋼連續(xù)冷卻過程中組織和性能的影響[J].北京 科技大學</p><p>　?。?1］ 周榮鋒、孫祖慶.不同Mn含量低碳鋼過冷奧氏體形變過程中的鐵素體相變[J] ,2004</p><p>　　［12］ 郭亮.合金成分對低碳高合金鋼組織與性能影響的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學.兵器材料科 學與工程，2005</p>&l

84、t;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在導師歐梅桂副教授的悉心指導和熱情關懷下完成的，字里行間凝結著歐老師的心血與期盼。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的學識、睿智的思維、豁達樂觀的生活態(tài)度以及艱苦樸素的高尚情操，無疑使每一位有幸接受其指導的學生受益匪淺。歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤

85、其要強烈感謝我的論文指導老師—歐老師，本實驗是在歐梅桂老師的悉心指導下完成的，凝聚著歐老師的大量心血。歐老師嚴肅的科學態(tài)度、嚴謹?shù)闹螌W精神、精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我，使我在獲取寶貴理論知識同時又在實踐中不斷地提高自己。劉群師姐扎實的專業(yè)知識給我留下了深刻的印象，并將受益終生。在此，特向歐梅桂師和劉群師兄致以我最崇高的敬意和最誠摯的感謝。</p><p>　　同時，還要感謝我同組的同學，沒有大家的相

86、互協(xié)作和合理分工，本次研究與分析也不可能這么穩(wěn)步和順利，感謝他們在實驗過程中給我提出的諸多建議與幫助，使我受益匪淺。也向所有關心我的老師、同學和朋友們致謝！ </p><p>　　最后，我還要感謝我的家人以及學校、學院的所有領導和老師，是您們的細心栽培和莘莘教育，才有了我今天的成績，向這么多年來一直默默關心、支持和鼓勵著我、使我專心學習、順順利利走完漫長求學之路的親戚朋友們，沒有您們也不可能有今天的我。由衷的感謝

87、你們！您們辛苦了！</p><p>　　為你提供優(yōu)秀的畢業(yè)論文參考資料，請您刪除以下內容，O(∩_∩)O謝謝?。?！A large group of tea merchants on camels and horses from Northwest China's Shaanxi province pass through a stop on the ancient Silk Road, Gansu'

88、;s Zhangye city during their journey to Kazakhstan, May 5, 2015. The caravan, consisting of more than 100 camels, three horse-drawn carriages and four support vehicles, started the trip from Jingyang county in Shaanxi on