耐磨铸钢强韧性探究进展

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1、耐磨铸钢强韧性探究进展摘要：在合金化、热处理、变质处理、熔炼工艺等方面概述了耐磨铸钢强韧化技术手段的发展状况，并展望了耐磨铸钢强韧化的进一步发展方向。关键词：耐磨铸钢；力学性能；技术途径；进展据统计，全世界每年钢铁材料消耗量达7亿吨以上，其中有50%由于材料磨损而消耗掉了。根据我国冶金、矿山、农机、煤机、电力和建材5个系统的统计，以及机械部门汽车、拖拉机、工程机械的不完全统计，估算我国年消耗金属材料达300万吨以上。材料磨损的原因之一是因其强韧性不足，从而在冲击磨损条件下材料发生脆性剥落。因此,如何提高金属耐磨材料的强韧性是一直追求的目标。目前，关于耐磨铸钢的研究已相当广泛，特别

2、是近20年来，国内外根据用途和资源状况发展了一系列耐磨铸钢品种。而对于强烈冲击条件下使用的耐磨铸钢研究的还不多。本文从合金化、热处理、变质处理、熔炼工艺等方面对耐磨铸钢的强韧化影响进行了论述。一、合金化通过合金化途径提高耐磨铸钢的强韧性水平的研究取得了很大的进展，近年来已逐步形成了以低合金、中合金直到高合金高强韧耐磨铸钢系列。奥氏体高猛钢具有高塑性、高韧性以及低裂纹扩展等特性，是一种极好的耐冲击磨损材料，广泛应用于矿山、机械工程及其他经受冲击负荷的机械，如挖掘机的斗齿、破碎机和磨球机的衬板、拖拉机和坦克的履带以及铁路道岔等产品。但是，高猛钢的耐磨性只有在高冲击负荷的工作条件下，才

3、能表现出来；并且，该钢屈服强度低，初始硬度也低，磨损较快，变形严重,造成拆卸维修困难，严重影响生产率的提高。因此，在某些冲击载荷不高的场合，其耐磨性就显得不足。针对高猛钢这些缺陷，各国学者对其进行改型和合金化，使其具有高强韧性和耐磨性。加入的合金元素主要有Cr、Mo、V、W、Nb等碳化物形成元素以及Ni等非碳化物形成元素。人们在对高猛钢进行改型和合金化的同时，也不断地研制新的耐磨铸钢材料。19世纪60年代，Rorman发明的中猛钢，以及近年来研制、开发的空淬中辂耐磨钢，他广泛应用于水泥、电力及冶金矿山等行业的球磨机衬板等零件。鎔作为主加元素，是因其能与铁形成连续固溶体,在奥氏体中

4、溶解度较大，可强化基体，提高基体的强度和硬度而不降低韧性。另外，鎔在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与集聚，使碳化物得到较大的分散度，也有利于韧性的提高。在中裕铸钢中，辂的含量一般控制在3.0—6.0%之间。通过对合金元素的探讨，研制出一种辂钮規耐磨铸钢，该钢经空淬+回火热处理后，得到马氏体+贝氏体+奥氏体多相混合基体组织，经Mn13钢对比，耐磨性增加了2倍。二、复相组织低合金马氏体耐磨铸钢是目前应用最广泛的一种耐磨材料，一些发达国家从20世纪30年代就开始研制和使用，国内在60年代才开始研制，到80年代开始普及。此类钢的硬度比珠光体耐磨钢高1倍多,耐磨性比奥氏体高猛钢还好，适合低

5、应力、多冲击条件下使用，同时还具有一定的韧性。但这种抗磨材料强调选择马氏体组织，因而材料的抗冲击疲劳性较差。自美国人Bein发现贝氏体转变后，国内外学者对其进行了大量的研究。研究表明，贝氏体组织中板条间膜状奥氏体是保证该钢具有强韧性配合的原因，但该类钢的耐磨性相对较差。复相组织耐磨钢是在马氏体、贝氏体钢的基础上发展而来，具有马氏体的高强度和韧性相的相互配合而获得良好强度和韧性，使这种钢具有比单一马氏体高的韧性水平。复相耐磨铸钢主要包括奥氏体贝氏体耐磨铸钢、马氏体一贝氏体耐磨铸钢和一些多相耐磨铸钢。魏成富等人所研制的中碳低合金耐磨铸钢，在铸态下就获得奥氏体-一贝氏体为主的组织，具有

6、高硬度(HRC40—50)、髙韧性(akl5—45J/cm2)和优异的抗磨性能。在铸态下使用不需重新热处理，是传统髙猛钢的理想替代材料。戴敦才等对钢进行等温淬火，得到了M+B+A的复相组织，提高了材料的强韧性和耐磨性。通过与Mn13钢进行对比试验表明，其所研制的多相耐磨铸钢比Mn13钢要好。三、变质处理合金结构钢的显微组织一般均由基体和较基体硬而脆的强化相组成，所以，钢的强韧性取决于基体性能及强化相的形态与分布。改变基体组织以提高韧性主要是通过合金化和热处理方式来实现。而对第二相的形态和分布通过热处理方式则改变甚微。因此，近年来，人们开始用变质处理技术来改变碳化物的形态和分布，并

7、都取得了很好的效果和效益。资料研究表明，通过向Crl2钢中加入变质微量元素Re、Mg等，降低钢液中S、0含量，增加共晶凝固过冷度，使共晶组织细化及离异共晶数量增多，同时，变质处理后由于Si含量增加，所生成的Si02质点可作为碳化物的异质核心，导致共晶碳化物大大细化。同时，由于稀土原子比铁原子的半径大，造成周围晶格畸变以及增加空位型缺陷等，有助于热处理过程中碳化物的溶解及Cr的扩散，加速了碳化物的粒化过程。吕宇鹏等人通过对超高猛钢（Mnl7）进行变质处理的研究表明，在该钢凝固过程中