合金元素在耐磨鋼中的作用

1930年以前,國際上應用的耐磨材料以ZGMn13 (Hadfield sleel)為主。材料科學工作者對ZGMn 13給予了充分研究,發現在高應力狀態下(如強烈沖擊或擠壓載荷),使ZGMn13產生加工硬化,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力狀態下,不能使ZGMn13充分加工硬化,故其耐磨性不能充分發揮。

從應力狀態分,中低應力磨損占90%以上,高應力狀態磨損只占5%左右。給ZGMn 13提出了挑戰,要求在中低應力狀態下也能加工硬化,抵御磨損。為了增加ZGMnl3自身的加工硬化能力,多年來進行下述四個方面的研究,以提高ZGMn 13的抗磨性。

1)細化晶粒,以促進應力狀態下位錯密度的增加。
2)降低Mn含量,以降低ZGMn13奧氏體穩定性,達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,增強抗磨性。
4)加人稀土元素,一方面可細化晶粒,更主要的能使層錯能降低,增加加工能力。

盡管進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,但對低應力工況下服役的ZGMnl 3件,抗磨性能仍無根本的改善。由于 ZGMn1 3熱膨脹系數大,在大型水泥磨上發生脹裂機殼事件;無磁性,磨屑難以從磨料中磁選,影響耐火材料制品的質量。自1980年后,高錳鋼逐漸從磨機襯板制造中被淘汰。

國外材料科學工作者,自1930年起至1980年止50年間,對10種耐磨材料作了系統研究和對比分析,排除了4種,并推薦下列4種材料,作為中低應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。

前兩種構成本章要闡述的多元耐磨低合金鑄鋼。一些工業先進國家已形成系列,并建立專業化生產廠,供用戶選用,表5一2為美國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,而沒有告訴其化學成分和熱處理工藝。組織若為馬氏體鋼時,主金相組織為板條馬氏體(亞結構為位錯馬氏體)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。根據成分、熱處理工藝、組織、性能之間的關系,研究適合我國國情的新型低合金耐磨鋼。美國ESCO公司12系列給出的組織將是研究的關鍵。根據我國的實際情況,用國內富產廉價的合多元素進行成分設計,通過各種處理手段獲得所要求的組織,以期達到諸種性能指標。

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