【摘 要】
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过流部件是工业生产过程中物料传输的关键部件,其性能直接影响工业生产效率与成本。目前,高铬铸铁是制造渣浆泵叶轮、护板等部件的主要材料,然而存在含铬量高,韧性低,耐冲蚀性能不足等问题。物料在传输的过程中对过流部件产生强烈的冲刷腐蚀作用,由此开发新型高性能耐冲蚀材料来提升过流部件的性能已成为亟待解决的关键问题。Fe-B合金作为一种新型耐磨材料,因其兼具优良耐磨性和韧性而得到广泛关注。本研究以Fe-B合金
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51705414）； 陕西省自然科学基础研究计划（No.2020JM-516）；
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过流部件是工业生产过程中物料传输的关键部件,其性能直接影响工业生产效率与成本。目前,高铬铸铁是制造渣浆泵叶轮、护板等部件的主要材料,然而存在含铬量高,韧性低,耐冲蚀性能不足等问题。物料在传输的过程中对过流部件产生强烈的冲刷腐蚀作用,由此开发新型高性能耐冲蚀材料来提升过流部件的性能已成为亟待解决的关键问题。Fe-B合金作为一种新型耐磨材料,因其兼具优良耐磨性和韧性而得到广泛关注。本研究以Fe-B合金为基础,通过添加Cr和Ni元素来制备Fe-Cr-Ni-B合金,并测试了该合金的硬度、冲击韧性和耐冲刷腐蚀性能,重点研究三种成分合金在不同冲击角度、搅拌速率条件下的冲刷腐蚀行为;采用扫描电镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）等,对Fe-Cr-Ni-B合金的组织及冲蚀机理进行了研究,主要结论如下:（1）铸态Fe-17Cr-0.5Ni-B合金和Fe-17Cr-2Ni-B合金组织均由马氏体和两种类型硼碳化物构成,其中M2（B,C）硼碳化物呈网状形态分布于晶界,M7（B,C）3硼碳化物呈杆状或粒状分布于晶粒内部。铸态Fe-18Cr-9Ni-B合金组织由奥氏体基体和M2（B,C）硼碳化物构成。三种合金经热处理后,Fe-17Cr-0.5Ni-B合金基体由马氏体转变为铁素体,晶粒内部析出M23（B,C）6颗粒;Fe-17Cr-2Ni-B和Fe-18Cr-9Ni-B合金热处理前后组织构成相同。（2）对于三种Fe-Cr-Ni-B合金和Cr28高铬铸铁,浆料的高流动速率导致四种合金冲刷腐蚀失重量增加,耐冲蚀性能下降;随着浆料冲击角度的增加,四种合金的冲蚀失重量均呈现先升高再降低的变化规律,且在45°冲击角测试条件下,四种合金的冲蚀失重量均达到最大值;在相同冲蚀测试条件下,三种Fe-Cr-Ni-B合金的冲蚀失重量均低于Cr28高铬铸铁,其中Fe-18Cr-9Ni-B合金的冲蚀失重量最低,耐冲蚀性能最好。（3）Fe-Cr-Ni-B合金的耐冲蚀性能由基体和硼碳化物共同决定。浆料高速流动导致基体冲刷腐蚀损伤,致使基体周围硼碳化物裸露,在浆料中石英砂颗粒的冲击作用下硼碳化物破碎剥落,留下硼碳化物坑洞。Fe-18Cr-9Ni-B合金具有优良耐蚀性是由于奥氏体基体能够有效抵抗浆料腐蚀,进而充分发挥对硼碳化物的支撑作用,使硼碳化物充分发挥对浆料的抵抗能力,因此Fe-18Cr-9Ni-B合金具备最优的耐冲蚀性能;Fe-18Cr-9Ni-B合金冲刷腐蚀交互失重量占比大于纯冲刷或纯腐蚀失重占比,冲刷与腐蚀交互作用是导致合金冲蚀损伤的关键因素。（4）Fe-Cr-Ni-B合金组织及其耐冲蚀性能研究,不仅可以阐明在液固两相流冲蚀条件下基体和硬质相的失效行为本质,还将为新型耐冲刷腐蚀材料的开发提供重要的理论与实践基础。Fe-Cr-Ni-B合金的耐冲刷腐蚀性能优于传统Cr28高铬铸铁,具有潜在的工程应用价值。
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