目前已经开发出来的耐磨钢种类很多,按照材料组织来分,主要有奥氏体耐磨钢,贝氏体耐磨钢,马氏体耐磨钢以及贝氏体-马氏体耐磨钢。按照材料成份来划分有高锰钢,超高锰钢,低、中合金耐磨钢等。
1、高锰钢
高锰钢是开发最早,历史最悠久的一种耐磨材料,高锰钢使用状态的组织为奥氏体,它具有良好的韧性和加工硬化能力.即在强烈的冲击载荷或挤压载荷下,受力表面被加工硬化,硬度可从原始的200HB左右提高到500HB以上,而心部仍保持着良好的韧性.高锰钢的这种建筑在加工硬化基础上的优异耐磨性能使它的使用受到限制,因此,要扩大高锰钢的应用范围,必须对其进行改进性研究,进一步提高其耐磨。目前,在高锰钢研究方面取得了一系列新进展,主要有:采用合金化的方法,添加Cr、Mo引起固溶强化,加入钛形成碳化钛,可引起弥散强化,并能细化结晶组织,最终达到强化基体,提高其耐磨性和屈服强度的目的.实验表明,用这些方法加工出的用于冶金矿山的衬板,其使用寿命比高锰钢提高50%~70%.工艺方面,采用铸后利用余热淬化的手段来替代传统上使用加热再进行水韧处理的方法,不但能简化工艺,节约能源,缩短生产周期,而且经济效益显著,随形变量的增加,组织内位错及孪晶密度也随之增大,晶粒大大细化.这是因为深度冷轧的高锰钢表面形成的高密度位错及孪晶组织,改善了铸造高锰钢产生的各向异性、气孔等缺陷,能有效阻止磨粒造成的唐损表面的脆性剥落,同时,高锰钢良好的心部韧性也将减少其磨损过程中的疲劳剥落.该轧制方法对提高高锰钢使用效率及应用范围具有积极的现实意义.
2、超高锰钢
近年来,人们已开始着手对具有稳定奥氏体组织的超高锰钢进行研究,主要是想在普通高锰钢标准成分的基础上通过提高碳,锰含量采达到改善锰钢组织,提高耐唐性的目的.研究人员通过对Fe-C-Mn合金奥氏体的价电子结构进行分析发现,在含C、Mn原子的一个奥氏体晶胞内,C-Mn之间的结合力大于C—Fe之间的结合力.这样,锰原子可通过对碳原于运动的拖曳提高碳的固溶度,而且利用锰不易和碳原子生成碳化物,来降低碳原于的扩散能力,抑制碳化物的析出.因此,同时提高碳,锰含量,不但可以提高锰钢的加工硬化能力,而且可保持高韧性的奥氏体组织,使其在使用时具有良好的耐磨性.当前,变质处理技术在开发新的超高锰钢钢种的试验中,已经取得了很大进展.科研人员在对超高锰钢变质处理前后的组织进行研究发现,在未变质处理的组织中,晶粒较粗大,晶界共晶碳化物的网状特征非常明显;在变质处理的组织中,晶粒明显细化,晶界碳化物的网状特征得到明显改善.这些成果的研发为改善超高锰钢组织并提高其耐磨性提供了新的途径.
3、低、中合金耐磨钢
低,中合金耐磨钢是很有发展前途的一类耐磨材料,具有以下特点.(1)合金含量较低,一般低合金钢为3%—5%,中合金钢为6%—8%.所加合金元素为国内资源丰富元素,如Cr、Si、Mn、B、RE等,而少含或不含贵重稀缺元素(Hi,Mo),易于推广应用,经济合算.(2)具有较高硬度,足够韧性的综合性能,在硬度大于50HRC的情况下,韧性ak值可达20—40J/cm2,采用低合金、多元素、复合合金化获得淬硬态组织,可在较大范围内控制硬度和韧性的匹配关系,在各类磨料磨损工况均可获得较好的耐磨性.(3)具有良好淬透性,适当调整合金元素,可使不同尺寸工件淬透,也为空冷淬硬简化热处理工艺提供条件。(4)生产灵活易行,视工厂条件,可铸、可锻、也可轧制生产。(5)价格相对低廉,经济效益较高。因而,低、中合金耐磨钢有广阔的应用前景和重要的推广价值。
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