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摘 要

经过60多年的发展，高磷铸铁由于其具有高的耐磨性、耐腐蚀等方面的优势，在机车的闸瓦等方面获得了广泛的应用。而开发此类闸瓦或炮弹钢的关键，在于研究高磷铸铁的性能。文中使用WK系列真空电弧炉制备各种不同成分的磷铁，使用金相显微镜观察磷铁的形貌并利用韦氏硬度仪测试它的硬度，用电化学工作站绘制高磷铸铁的塔菲尔曲线，最后测试它的抗拉强度。得到磷铁的部分属性，高磷铸铁可以用作机床的床身和一些硬度不高零件的模具，出色的耐磨性可以用作机车的闸瓦，磷铁还可以用来制作磷酸铁锂电池。通过一些手段可以有效的提升高磷铸铁的性能，通过合金化的手段，在磷铁中加入硼可以细化晶粒提高磷铁的各项力学性能；加入钒可以抑制磷的偏析，使高磷铸铁的成分变得更均匀；加入铜可以提高磷铁的耐腐蚀能力。也可以通过热处理的方法进一步提升磷铁的性能，如可以通过退火处理减少磷的偏析。

关键词：高磷铸铁 真空电弧炉 力学性能 金相制备 电化学性能

ABSTRACT

After 60 years of development,high phosphorus cast iron because of its high wear resistance,corrosion resistance and other advantages, in the locomotive brake shoe won the widespread application.Key to developing this kind of shoe or shell steel,is the research on the properties of high phosphorus cast iron.In this paper using wk series vacuum arc furnace system prepared by the various components of ferrophosphorus and metallographic microscope was used to observe the morphology of phosphor iron and the Webster Hardness Tester hardness, drawing the Tafel curve of high phosphorous cast iron with an electrochemical workstation, finally test its tensile strength.Get some attributes of ferrophosphorus and high phosphorus cast iron can be used as a lathe bed and some low hardness of parts of the mold, excellent wear resistance and can be used in locomotive brake shoe and ferro phosphorus can also be used for the production of lithium iron phosphate battery. Performance by some means can effectively improve high phosphorus cast iron, by alloying method, in ferrophosphorus adding boron can improve the ferrophosphorus on the mechanical properties of the grain refinement; the presence of vanadium can restrain phosphorus segregation, the composition of high phosphorus cast iron became more uniform; copper is added to improve the ferrophosphorus resistance corrosion resistance. Can also be through the heat treatment to further enhance the performance of ferrophosphorus by annealing, as can reduce the phosphorus segregation.

Key Words:High phosphorus cast iron; Vacuum arc furnace; Mechanical properties; Electrochemical performance; Metallographic Preparation

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2高磷铸铁简介 2

1.3高磷铸铁的应用 3

1.4高磷铁矿除磷概况 5

1.4.1直接还原技术 5

1.4.2 熔融还原技术 5

1.5结语 12

第二章 实验内容与方法 13

2.1 样品的制备 13

2.1.1 磷铁的制备 14

2.1.2 金相的制备 14

2.1.3 电极的制作 15

2.2 硬度测试与显微金相观察 15

2.2.1维氏硬度测定 15

2.2.2显微金相观察 16

2.3 极化曲线的绘制 16

2.4 力学性能测试 17

2.5 断口扫描 18

第三章实验结果与分析 18

3.1 磷铁的成分 18

3.2 金相分析 18

3.3 基础力学性能 20

3.4 断口电镜扫描分析 22

3.5 摩擦实验 23

3.6 电化学性能 24

第四章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 文献综述

本章在介绍高磷铸铁的发展、力学性能和电化学性能的基础上，重点介绍了相关高磷铸铁的研究近况，提出了一系列研究金属材料的研究流程；本文以0.2%P~1.0%P高磷铸铁为研究课题，并阐述了本课题的选题意义和主要研究内容。

1.1前言

含磷、硫量较高的生铁，是一种劣质生铁。由于其S，P含量较高，而使其冷热脆性增加。

磷铁是电炉法黄磷生产中的一种副产物。每年产1t黄磷，副产磷铁100~200kg(主要取决于磷矿石中铁含量而定)。

磷铁是一种灰色、略有光泽的合金，其主要成分为铁和3价磷化铁的金属混合物，分子式一般为FeP和Fe₂P，相对密度为5.6~6.0，熔点约1149℃。常温下化学稳定，不溶于酸，不锈，无磁性。在工业磷铁中，还含有硅和锰，以及残留的碳和硫。表1.1是一组磷铁的典型分析数据。

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