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含铟水利机械钻杆材料的热处理工艺

 论文栏目:材料发展论文     更新时间:2018/4/26 8:14:32   

摘要:采用不同的热处理工艺对含铟水利机械钻杆材料试样进行了热处理,并进行了耐磨损性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:在试验条件下,随淬火温度从800℃升高到880℃或回火温度从510℃升高到590℃,试样的耐磨损性能和耐腐蚀性能均先提高后下降。与800℃相比,860℃淬火试样的磨损体积减小40.7%,腐蚀电位正移192mV。与510℃相比,570℃回火试样的磨损体积减小40%,腐蚀电位正移151mV。试样的淬火温度优选为860℃,回火温度优选为570℃。

关键词:淬火温度;回火温度;含铟钻杆材料;耐磨损性能;耐腐蚀性能

随着我国社会经济的快速发展,作为我国基础设施建设的水利工程也取得了很大的进展。因钻孔灌注成本低、承载力强、噪音小[1]等优点而在水利工程中应用较为普遍[2],在很大程度上水利工程对稳定性和强度有较高的要求[3]。而钻孔灌注技术施工成功与否和钻孔的位置密切相关,这就需要钻孔的机械设备对其位置进行校准[4]。由于熔点低、沸点高、传导性好、延展性好、可塑性强等优点,铟在水利钻孔领域得到了广泛的应用。铟属于稀散元素,它在地壳中的分布非常分散且量很小[5]。近年来,随着人们对铟的认识加深,铟得到了更广泛的应用,在很多的尖端技术中都发挥了其作用,比如玻璃基板中的平板显示器、半导体、激光二极管等领域的应用[6]。目前关于含铟水利机械钻杆材料的热处理工艺优化还鲜有报道。为此,本文采用不同的热处理工艺对含铟水利机械钻杆材料进行了表面热处理,研究了不同热处理工艺对其性能的影响,为含铟水利机械钻杆材料热处理工艺的优化提供参考。

1试验材料与方法

1.1试验材料

含铟水利机械钻杆材料的化学成分(质量分数,%):C≤0.07、Si≤1.00、Mn≤1.00、P≤0.035、S≤0.003、6.50~7.50Ni、15.50~17.50Cr、3.00~5.00Cu、0.15~0.45Nb、0.40~0.60In。各试样的热处理工艺如表1所示。

1.2试验方法

采用不同工艺热处理的含铟水利机械钻杆材料试样的耐磨损性能,在MG1000型摩擦磨损试验机上进行测试,测试温度为室温。试验主要工艺参数为:磨轮转速为300r/min、磨损时间为15min、相对滑动速度为90mm/min、载荷为100N。磨损试验后用EVO18型扫描电子显微镜(SEM)观察试样的表面磨损形貌。试样的耐腐蚀性能在CHI660B型电化学工作站上进行测试。试验选用三电极体系,即参比电极为甘汞电极、辅助电极为铂黑电极、工作电极为不同工艺处理的含铟水利机械钻杆材料测试试块(试块尺寸为准10mm×8mm)。电解液为通入50×10-6SO2的3.5wt%NaCl溶液。测试温度为室温,扫描速度为0.001V/s,测试试样的腐蚀电位,以腐蚀电位表征试样的耐腐蚀性能。腐蚀试验后用PG18型金相显微镜观察试样的表面腐蚀形貌。为了确保试验测试结果的准确性和可靠性,每个试样进行了三次平行试验,将三个平行样测试值的算术平均值定为试样的测试值。

2试验结果与分析

2.1淬火温度的影响

不同淬火温度对含铟水利机械钻杆材料(试样1~5)的耐磨损性能影响如图1所示。从图1可以看出,随淬火温度从800℃升高到880℃,试样的磨损体积先减小后增大。我们都知道,在磨损试验时,磨损体积越小,材料的耐磨损性能越好;反之,磨损体积越大,材料的耐磨损性能越差。由此可以看出,随淬火温度逐渐升高,试样的耐磨损性能先提高后下降。当淬火温度为800℃时,试样的磨损体积最大,为54×10-3mm3。当淬火温度为860℃时,试样的磨损体积最小(32×10-3mm3),较800℃淬火时减小了40.7%。当淬火温度进一步升高到880℃时,试样的磨损体积增大,为38×10-3mm3,较800℃淬火时仅减小了30%。由此可以看出,为了提高含铟水利机械钻杆材料的耐磨损性能,淬火温度优选为860℃。不同淬火温度处理的含铟水利机械钻杆材料在室温磨损试验后的表面形貌SEM照片如图2所示。从图2(a)可以看出,800℃淬火试样在磨损试验后表面磨痕很深,并伴有较多的起皮或脱落,试样的磨损现象较为严重。从图2(b)可以看出,880℃淬火试样在磨损试验后表面无较深的磨痕,起皮或脱落也较少,试样的磨损现象较800℃淬火时得到明显减轻,表现出更好的耐磨损性能。这与试样的磨损体积测试结果一致。不同淬火温度对含铟水利机械钻杆材料(试样1~5)的耐腐蚀性能的影响如图3所示。从图3可以看出,随淬火温度从800℃升高到880℃,试样的腐蚀电位先正移后负移。在电化学腐蚀试验时,腐蚀电位越正,材料的耐腐蚀性能越好;反之,腐蚀电位越负,材料的耐腐蚀性能越差。由此可以看出,随淬火温度逐渐升高,试样的耐腐蚀性能先提高后下降。当淬火温度为800℃时,试样的腐蚀电位最负,为-0.753V。当淬火温度为860℃时,试样的腐蚀电位最正(-0.561V),较800℃淬火时正移了192mV。当淬火温度进一步升高到880℃时,试样的腐蚀电位负移,为-0.618V,较800℃淬火时仅正移了135mV。由此可以看出,淬火温度对含铟水利机械钻杆材料耐腐蚀性能产生显著影响。为了提高含铟水利机械钻杆材料的耐腐蚀性能,淬火温度优选为860℃。图4不同淬火温度处理的含铟水利机械钻杆材料腐蚀试验后的表面形貌。从图4可以看出,淬火温度不同,试样腐蚀试验后的表面形貌也明显不同。从图4(a)可以看出,800℃淬火试样在腐蚀试验后表面出现较多大小不一的粗大腐蚀坑,腐蚀现象较为严重。从图4(b)可以看出,880℃淬火试样在腐蚀试验后表面无明显的粗大腐蚀坑,仅有少量细小的腐蚀坑,腐蚀现象较800℃淬火时得到明显减轻。这与试样的腐蚀电位测试结果一致。

2.2回火温度的影响

不同回火温度对含铟水利机械钻杆材料(试样4、6~9)的耐磨损性能的影响如图5所示。从图5可以看出,随回火温度从510℃升高到590℃,试样的磨损体积先减小后增大,即随回火温度逐渐升高,试样的耐磨损性能先提高后下降。当回火温度为510℃时,试样的磨损体积最大,为53×10-3mm3。当回火温度为570℃时,试样的磨损体积最小(32×10-3mm3),较510℃回火时减小了40%。当回火温度进一步升高到590℃时,试样的磨损体积增大,为36×10-3mm3,较510℃回火时仅减小了32%。由此可以看出,为了提高含铟水利机械钻杆材料的耐磨损性能,回火温度优选为570℃。不同回火温度对含铟水利机械钻杆材料的耐腐蚀性能影响如图6所示。从图6可以看出,随回火温度从510℃升高到590℃,试样的腐蚀电位先正移后负移,耐腐蚀性能先提高后下降。当回火温度为510℃时,试样的腐蚀电位最负,为-0.712V。当回火温度为570℃时,试样的腐蚀电位最正(-0.561V),较510℃回火时正移了151mV。当回火温度进一步升高到590℃时,试样的腐蚀电位负移,为-0.605V,较510℃正火时仅正移了107mV。由此可以看出,为了提高含铟水利机械钻杆材料的耐腐蚀性能,回火温度优选为570℃。

3结论

(1)淬火温度和回火温度均对含铟水利机械钻杆材料的耐腐蚀性能和耐磨损性能产生明显影响。在试验条件下,随淬火温度从800℃升高到880℃或回火温度从510℃升高到590℃,含铟水利机械钻杆材料的耐腐蚀性能和耐磨损性能均先提高后下降。(2)与800℃相比,860℃淬火含铟水利机械钻杆材料的磨损体积减小40.7%,腐蚀电位正移192mV,含铟水利机械钻杆材料的耐磨损性能和耐腐蚀性能得到明显提高。(3)与510℃相比,570℃回火含铟水利机械钻杆材料的磨损体积减小40%,腐蚀电位正移151mV,含铟水利机械钻杆材料的耐磨损性能和耐腐蚀性能得到明显提高。(4)从提高耐磨损性能和耐腐蚀性能角度考虑,含铟水利机械钻杆材料的淬火温度、回火温度分别优选为860、570℃。

参考文献:

[1]赵烁峰.钻孔灌浆技术在水利施工中的应用探析[J].黑龙江水利科技,2013,41(10):77-78.

[2]朱永菊,袁洪.水利施工中钻孔灌注技术分析[J].工程建设标准化,2015(2):201-201.

[3]苑书林.浅谈钻孔灌桩技术在水利施工中的应用[J].江西建材,2014(2):123-125.

[4]苏芳.水利施工中钻孔灌注技术的应用[J].江西建材,2015(13):137-139.

[5]王树楷.铟的应用与提取进展[J].中国工程科学,2008,10(5):85-94.

[6]杜轶伦,张福良,胡永达,等.铟矿资源开发形势分析及管理对策建议[J].中国矿业,2014(2):8-12.

作者:陈引 崔勇 单位:江苏农牧科技职业学院 机电工程系

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