不一样的工艺操作方法，获取的组织形态和晶粒尺寸也是千差万别。而恰恰是这些组织结构上的细小差异恰恰决定了产品的性能优劣。本课题实验需要用到金相显微镜等设备观察和分析材料的微观组织及测试各种性能等。根据实验数据系统分析不同成分、不同工艺带来的产品性能差异。分析实验结果是否和期望值有所出入，判断能否达到实验目的和应用要求，并以此为基础徐图改进、优化，确定最优的工艺设计。

第2章材料制备与实验方法

根据以上的研究论述，用低合金贝氏体钢制造大口径磨球具有无可比拟的优势，可以解决传统材料消耗量大，成本高和耐磨性差的缺点。根据本文的研究目的和背景，确定了磨球的研究性能要求：首先针对大口径磨球的选材，要严格控制合金量的投入，能够有效的降低生产成本，保证市场的充分供应。其次要保证熔炼后的材料具有高的淬透性，确保热处理后的基体组织是贝氏体和残余奥氏体等，达到良好的强韧性配合目的。最后要保证在使用过程中硬度保持在一个较小的波动范围内，受热也不会导致硬度下降，组织变化等，受挤压碰撞后不会破碎开裂等。

2.1 试样成分设计

普通钢的合金化处理是实现材料高质量，高性能的主要措施。合金化时要注意多重适量、节能高效。贝氏体钢中最常用的元素有C、Si、Mn、Cr等。C：碳是钢材中很重要的基础强化元素，它和材料在正常热处理工艺下获得硬度高低的能力息息相关。碳元素在钢中主要以形成碳化物和溶于基体两种状态存在。一般随着钢中C元素所占比例的上升，淬火钢的硬度和强度等力学性能指标成线性增加。有研究表明，钢中的碳含量保持在0.4~0.6%[27]之内，钢的淬硬性会保持在一个较高水平。低于这个范围，淬硬性达不到要求，高于这个范围会损害材料的冲击韧性。因此，贝氏体钢的C质量百分比的最佳范围在0.3~0.6wt%。

Si：硅对材料起固溶强化的作用。它同时是非碳化物形成元素，加入它的目的是降低基体中的Fe3C等硬质相的比重，增加耐冲击的奥氏体的含量。将Si含量保持在0.5~1.5wt%之内最合适。

Mn：锰使C曲线上下分离。同时使C曲线右移，减小贝氏体转变的冷速阈值，扩大了贝氏体的形成范围，下移了Bs点，进而强化了铁素体基体。Mn对空冷贝氏体的形成起重要作用。范围在0.5~1.5wt%。

Cr：铬能提高钢的淬透性。铬增大了固溶体中粒子间的联结力，故而提高材料在高温下保持应有强度的能力。铬降低Bs点，强烈延迟贝氏体转变，使相变的范围收缩在一个较小区域，含量设定在1.5wt%左右。Mo：降低Bs和Ms点。钼促使珠光体和贝氏体转变C曲线上下分离，Mo限制了奥氏体晶粒的粗化，大为提高钢的回火稳定性等，含量约占0.3wt%。

根据市场上广泛使用的磨球材质，并通过上述合金元素的作用分析，采用正交试验法进行成分选取和优化。正交试验法的指标是材料硬度和冲击韧性。影响最大的因素是C、Cr、Si、Mn。元素含量分为3个梯度。

表2.1试验因素和水平

2.2 试样制备

以电解锰、高铬、硅铁、45钢和钼铁为原料，按照实验钢的成分要求和炉料的成分进行熔炼。炉料成分见表2.3。

表2.3炉料化学成分

合金元素含量（wt%）

本实验采用铜模冷却的WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉进行钢材熔炼，将电解锰、高铬、硅铁、45钢和钼铁等按上表配比进行配料，依次入炉，在真空和氩气保护状态下反复熔炼5次，防止熔炼过程中发生金属氧化。将熔炼好的钢液浇注成型，获得纽扣锭，在热处理炉中进行扩散退火减少成分偏析和带状组织。扩散退火的具体工艺是：加热到略小于固相线的温度1200℃，长时间保温5小时，并随炉冷到500℃出炉空冷。材料经过扩散退火之后，进行一次正火处理，细化晶粒。消除缺陷并均匀化组织。然后进行线切割，热处理和制备金相试样的尺寸大小。分别取样，试样的化学成分分析结果如表2.4。图2.1为WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉和切割后的宏观试样。 大口径耐磨钢球用低合金贝氏体钢研制(6):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205162.html