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在高温氧化性气氛及磨料磨损工况下工作的炉排件,不仅要求材质具有高的高温强度和一定的耐磨性,还要有良好的抗氧化性,才能满足其使用性能的要求。本文根据炉排件的工况条件,以耐高温氧化、耐磨为目的设计了一种新型炉排材料—奥氏体耐热铸铁(RTCr28Ni15)。通过有限元模拟改进了原炉排制造工艺,对新工艺制造的炉排件进行取样并分析了铸态和热处理前后的显微组织和力学性能。新工艺下,由于RTCr28Ni15金属液的紊流现象减少,冷却速度加快,减少了氧化夹杂及缩孔缩松铸造缺陷,细化了组织,其组织主要为奥氏体+碳化物。在1040℃正火(2h)+200℃回火(1h)的最佳热处理工艺下,组织明显细化和均匀化,Cr7C3碳化物转化成了Cr23C6碳化物,且碳化物分布在晶界上,能有效地阻碍晶界滑移,提高了材料强度。新工艺铸造炉排件的冲击韧性、抗拉强度和延伸率分别为6.1J、700Mpa和6.0%,均优于原工艺条件下炉排件的力学性能。对RTCr28Ni15、RTCr18Ni4和ZGCr25Ni14三种不同成分的耐热合金分别进行了抗氧化性研究,并采用SEM和X射线衍射分析了这些样品的氧化膜。结果显示:氧化速率分别为0.0639、0.0938和1.3764g.m-2.h-1,氧化动力学曲线均符合抛物线定律。RTCr28Ni15和ZGCr25Ni14的表面形成了保护性氧化膜,提高了材料在高温工况下的使用寿命,ZGCr25Ni14在该条件下抗氧化性能稍低于RTCr28Ni15;而RTCr18Ni4在960℃下是弱抗氧化的,表面没有形成保护性氧化膜,其抗氧化性能明显较差。RTCr28Ni15和ZGCr25Ni14的氧化膜主要有Cr2O3、尖晶石结构(FeCr2O4和NiCr2O4)及少量的Fe2O3和Fe3O4,而RTCr18Ni4的氧化膜的Cr2O3含量则相对较少,抗氧化性能较差。此外,在100℃和270℃下,对RTCr28Ni15和ZGCr25Ni14耐热合金分别进行不同载荷下的摩擦磨损性能测试,并利用BMT-3D形貌仪和SEM就其磨损量和磨损形貌进行了探讨。由于RTCr28Ni15的含碳量高于ZGCr25Ni14,形成的碳化物的硬质点较多,所以其抗磨性能优于ZGCr25Ni14。RTCr28Ni15的磨损机理为:低载低温时以表面疲劳磨损为主,高温高载时以表面氧化和粘着磨损为主。