耐磨鋼的化學成分選擇(1)

我國礦產(chǎn)資源豐富:如鑰礦、金礦、鐵礦及銅礦、鉛礦、鋁礦、水泥及耐火材料等。耐磨零件消耗量大,再加上面粉機械(面輥)、榨油機械(如榨螺)、飼料粉碎機械(如錘片)、顆粒飼料成型模、軋鋼機械(如軋輥、輥環(huán)、滾動導(dǎo)衛(wèi)等)、塑料橡膠機械、造紙機械等行業(yè)。耐磨材料的使用幾乎遍布冶金、礦山、建材、火電及機械行業(yè)的各個部門,種類繁多,數(shù)量巨大,年消耗耐磨材料在 100多萬噸以上,耗資60多億元人民幣。由于國內(nèi)長期受傳統(tǒng)觀念的影響,絕大多數(shù)耐磨零件生產(chǎn)企業(yè)仍然生產(chǎn)已被國外淘汰了的高錳鋼耐磨件。高錳鋼雖然具有良好的韌性,但在沖擊力不大的工況條件下,由于沖擊力不足而不能產(chǎn)生加工硬化,使其耐磨性不能得到充分發(fā)揮,使用壽命遠低于國外同類產(chǎn)品的使用壽命。根據(jù)國家“九五”提出的節(jié)能節(jié)材指導(dǎo)精神,研究開發(fā)新型耐磨材料更具有現(xiàn)實意義。以下為多年來致力于耐磨材料研究的成果,獻給讀者,希望給社會、給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。這也是我們編寫這部書的宗旨。

I.碳
碳含量對低合金耐磨鑄鋼組織和性能影響較大,低合金耐磨鑄鋼一般都在悴火回火狀態(tài)下使用,在其他合金元素不變的前提下,改變碳含量,其組織和性能會發(fā)生根本性的變化。水淬低合金耐磨鋼的碳含雖一般不可低于w(C)0.27%,碳含量小于w (C)0.27%雖然可獲得板條馬氏體+殘留奧氏體或板條馬氏體+貝氏體+殘留奧氏體組織和良好的塑韌性,但淬火后耐磨鋼的硬度較低(45HRC), 耐磨性不足。碳含量大于w(C)0.33%時,硬度增加不多,但韌性急劇降低。當耐磨鋼的碳含量大于二(C)0.38%時,水淬出現(xiàn)淬火裂紋,惡化耐磨鋼的使用性能。所以,水淬低合金耐磨鋼的最佳碳含量范圍可控制在w(C)0.28%一0.33%,這時低合金耐磨鋼既可獲得較高的硬度49 --- 51 HRC,同時又可獲得最佳的強韌性配合。

2.硅
si是縮小7相區(qū)的元素,使A3點(aFe-),Fe同素異型轉(zhuǎn)變點)上升,A;點 (yFe~一8Fe同素異類轉(zhuǎn)變點)降低,s點左移,幾乎不影響K點。si雖然升高 A3,有利于下一。轉(zhuǎn)變,但由于Si能溶于Fe3C,使?jié)B碳體不穩(wěn)定,阻礙滲碳體的析出和聚集,因而提高鋼的淬透性和回火抗力。但硅對淬透性的影響遠低于Mn, Cr。大部分Si溶于鐵素體中,強化作用很大,能顯著提高鋼的屈服強度、屈強比和硬度,它比Mn鋼的強度更大,耐磨性更好。當w(Si)1.0%時,并不降低塑性; 二(SO 1.5%時不增加回火脆性。在馬氏體耐磨鋼中,Si一般不大于w(Si) 1.5%。否則,鋼的韌性大大降低,并增加回火脆性。Si強烈降低鋼的導(dǎo)熱性,促使鐵素體在加熱過程中晶粒粗化,增大鋼的過熱敏感性和鑄件的熱裂傾向。一般低合金馬氏體耐磨鋼中的硅含量可控制在w(Si)0.8%一1.4%0

在中低碳貝氏體鋼中,硅具有強烈抑制碳化物析出的作用。在從點以上進行空冷或等溫轉(zhuǎn)變時,鐵素體自奧氏體晶界向晶粒內(nèi)部長大。在此溫度范圍,碳原子有一定的擴散能力,部分碳原子通過鐵素體一奧氏體相界面向奧氏體擴散,在鐵素體板條間形成富碳的奧氏體薄膜。硅強烈抑制碳化物析出使富碳奧氏體具有高的穩(wěn)定性,從溫度低于室溫。等溫轉(zhuǎn)變及隨后的冷卻過程中,沒有碳化物析出,也不發(fā)生奧氏體分解,而是獲得鐵素體和富碳奧氏體的雙相組織。當鋼中硅含量較高時(大于二(Si)1.6%),中低碳貝氏體鋼的韌性顯著提高。當硅量達到二(SO 2.4%時,鋼的硬度明顯下降。由于硅對碳化物析出的阻礙作用,使未轉(zhuǎn)變的奧氏體富碳,而得到無碳化物貝氏體,鐵素體條片間或片內(nèi)的殘留奧氏體取代了滲碳體,消除了滲碳體的有害作用。但硅在貝氏體鑄鋼中也存在不利影響,特別是對鑄態(tài)組織,由于鋼液的樹枝狀結(jié)晶方式,使枝干和枝間存在著明顯的成分不一致,枝晶干的碳、硅、錳、鉻含量較低,轉(zhuǎn)變時先形成貝氏體和馬氏體。而枝晶間的碳、硅、錳、鉻含量較高,使氏和M,都低于由鋼成分所確定的值。所以,在鑄態(tài)組織枝晶間存在相當數(shù)量的塊狀殘留奧氏體,這對貝氏體鋼的沖擊韌度是有害的。在中低碳貝氏體鋼中,硅含量應(yīng)控制在w(Si)1.6% -2.0%范圍內(nèi)。

在高碳貝氏體鋼中,硅的作用與中低碳貝氏體類似,只是硅的范圍提高了。硅含量在二(Si)1.85%---3.8%時,高碳貝氏體鋼的硬度幾乎不變,沖擊韌度先逐漸升高,后有所下降,在w(Si)2.6%達到最大值,抗拉強度逐漸降低。當硅含量低于 w(SO 1.85%時,由于硅抑制碳化物的作用較弱,在等溫轉(zhuǎn)變過程中首先在奧氏體晶界析出貝氏體,未轉(zhuǎn)變的奧氏體在隨后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,因此具有高的強度、硬度,而沖擊韌度較低。當硅含量提高到w (Si) 2.64%左右時,硅抑制碳化物析出作用顯著增強,使貝氏體生長時排除的碳富集到奧氏體中,提高了奧氏體的穩(wěn)定性,其顯微組織為板條狀貝氏體和其間分布的富碳殘留奧氏體組成。材料強度有所下降,沖擊韌度提高。但硬度不變。當鋼中碳含量提高到w(C)3.8%左右時,組織中出現(xiàn)了大量的未轉(zhuǎn)變奧氏體組織,導(dǎo)致貝氏體鋼的強度和沖擊韌度下降。只有提高奧氏體化溫度,使奧氏體中的碳迅速均勻化,才能避免未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性,其顯微組織為板條狀貝氏體和其間分布的富碳殘留奧氏體組成。材料強度有所下降,沖擊韌度提高。但硬度不變。當鋼中碳含量提高到w(C)3.8%左右時,組織中出現(xiàn)了大量的未轉(zhuǎn)變奧氏體組織,導(dǎo)致貝氏體鋼的強度和沖擊韌度下降。只有提高奧氏體化溫度,使奧氏體中的碳迅速均勻化,才能避免未轉(zhuǎn)變奧氏體的出現(xiàn)。但過高的奧氏體化溫度可導(dǎo)致貝氏體鐵素體粗化,影響貝氏體鋼的力學性能。因此,高碳貝氏體鋼的硅含量一般可控制在二(C)2.5%-2.7%之間。

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