合金元素在耐磨鋼中的作用

1930年以前,國(guó)際上應(yīng)用的耐磨材料以ZGMn13 (Hadfield sleel)為主。材料科學(xué)工作者對(duì)ZGMn 13給予了充分研究,發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)力狀態(tài)下(如強(qiáng)烈沖擊或擠壓載荷),使ZGMn13產(chǎn)生加工硬化,形成一層硬而耐磨的外殼,才能抵抗磨損。但眾多耐磨件工作在中低應(yīng)力狀態(tài)下,不能使ZGMn13充分加工硬化,故其耐磨性不能充分發(fā)揮。

從應(yīng)力狀態(tài)分,中低應(yīng)力磨損占90%以上,高應(yīng)力狀態(tài)磨損只占5%左右。給ZGMn 13提出了挑戰(zhàn),要求在中低應(yīng)力狀態(tài)下也能加工硬化,抵御磨損。為了增加ZGMnl3自身的加工硬化能力,多年來(lái)進(jìn)行下述四個(gè)方面的研究,以提高ZGMn 13的抗磨性。

1)細(xì)化晶粒,以促進(jìn)應(yīng)力狀態(tài)下位錯(cuò)密度的增加。
2)降低Mn含量,以降低ZGMn13奧氏體穩(wěn)定性,達(dá)到加速加工硬化能力。
3)加人Cr,Mo,V,Ti等元素,改善ZGMnl3性能,井在奧氏體基體上彌散析出碳化物,增強(qiáng)抗磨性。
4)加人稀土元素,一方面可細(xì)化晶粒,更主要的能使層錯(cuò)能降低,增加加工能力。

盡管進(jìn)行了卓有成效的研究,ZGMnl3抗磨性能和其他性能有了一定的改善,但對(duì)低應(yīng)力工況下服役的ZGMnl 3件,抗磨性能仍無(wú)根本的改善。由于 ZGMn1 3熱膨脹系數(shù)大,在大型水泥磨上發(fā)生脹裂機(jī)殼事件;無(wú)磁性,磨屑難以從磨料中磁選,影響耐火材料制品的質(zhì)量。自1980年后,高錳鋼逐漸從磨機(jī)襯板制造中被淘汰。

國(guó)外材料科學(xué)工作者,自1930年起至1980年止50年間,對(duì)10種耐磨材料作了系統(tǒng)研究和對(duì)比分析,排除了4種,并推薦下列4種材料,作為中低應(yīng)力工況下服役的主體抗磨材料。

中碳馬氏體耐磨鑄鋼;
高碳珠光體耐磨鋼;
高鉻白口耐磨鑄鐵;
鎳硬耐磨鑄鐵。

前兩種構(gòu)成本章要闡述的多元耐磨低合金鑄鋼。一些工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已形成系列,并建立專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)廠,供用戶選用,表5一2為美國(guó)ESC(〕公司的12系列耐磨鑄鋼就屬于多組元低合金耐磨鑄鋼體系。它只告訴我們12系列鑄鋼系Cr一Ni 一Mo鋼,而沒(méi)有告訴其化學(xué)成分和熱處理工藝。組織若為馬氏體鋼時(shí),主金相組織為板條馬氏體(亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)馬氏體)四周包圍著殘留奧氏體薄膜。硬度低的鋼種為珠光體耐磨鋼。根據(jù)成分、熱處理工藝、組織、性能之間的關(guān)系,研究適合我國(guó)國(guó)情的新型低合金耐磨鋼。美國(guó)ESCO公司12系列給出的組織將是研究的關(guān)鍵。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況,用國(guó)內(nèi)富產(chǎn)廉價(jià)的合多元素進(jìn)行成分設(shè)計(jì),通過(guò)各種處理手段獲得所要求的組織,以期達(dá)到諸種性能指標(biāo)。

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