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金属耐磨材料研究现状

发布日期:2016-04-20 作者:鼎力耐磨材料 点击:

  金属耐磨衬板材料既有塑性材料,也有脆硬材料,目前大量应用的有以下几种。

  

  (1)奥氏体耐磨锰钢奥氏体锰钢以高韧性、易加工硬化著称。日前,内外生产和应用的奥氏体锰钢仍以Mnl3系列为主,其化学成分为:=1.0%~1.4%、=11%~14%,经1000~1050%水韧处理,可获得单一奥氏体组织。迄今在大冲击载荷磨料磨损工况(如圆锥式破碎机轧臼壁和破碎壁、旋回式破碎机衬板、大中型颗式破碎机颗板、大型锤式破碎机锤头,以及大中型湿式矿山球磨机衬板)下仍主要选用奥氏体锰钢。日本等一些国家较推崇屈服强度和耐磨性较高的Mnl3Cr2耐磨钢。我国20世纪50~60年代几乎把高锰钢作为万能的耐磨材料使用,但在生产实践中发现,只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下,高锰钢才耐磨,而且其屈服强度低,易于变形。

  

  近年来,奥氏体锰钢的技术进步主要表现在生产过程中严格控制影响性能的Si、P含量,特别是对含P量的限制;另外为减少铸造高锰钢的夹渣、柱状晶和晶粒粗大现象,V、、NI)和RE等微量元素也常被加入高锰钢。被称为超高锰钢的Mnl7(Mnl8)和Mn25等有利于解决厚大断面锰钢液韧处理后内部易出现碳化物而降低韧性的问题,也利于解决锰钢件低温工况使用可能脆断的问题。但在大冲击载荷磨料磨损工况下超高锰钢的耐磨性和性价比,以/6乏相关的Mn、C和Mn/C选择,特别在低应力磨损下的低寿命等关键问题,还有待深人研究,以及在不同工况条件下广泛应用的实践验证。

  

  (2)铬系白口铸铁国外耐磨白口铸铁的发展分为普通白口铸铁、镍硬铸铁和高铬白铸铁3个阶段,铬系白口铸铁目前仍是国内外耐磨铸铁的主流。Crl5、Cr20、Cr26系列高铬耐磨铸铁在美国、日本和我国均已大批量生产和应用。我国在高铬铸铁基础上又研究了中铬硅耐磨铸铁和适于铸态应用的低铬耐磨铸铁,并已批量生产和工业应用。

  

  高铬铸铁凝固后的组织为(Fe,Cr)C型碳化物和相,当基体全部为马氏体时,这种合金的耐磨性能最好,如果基体中存在残余奥氏体,通常要进行热处理;低铬合金白口铸铁与普通白El铸铁相比,碳化物的稳定性更好。铬系白口铸铁的研究中,往往被认为越硬越耐磨。实际上,盲目地追求硬度并不一定能取得理想的效果,反而会使成本大幅度提高,造成浪费。有试验表明,高铬铸铁在接近90。角冲蚀磨损时,其耐磨性还不如20钢。

  

  (3)奥贝球铁系列耐磨铸铁贝氏体一马氏体耐磨球铁是通过等温淬火热处理或加入合金元素,使基体转变为贝氏体一铁素体基体上分布着残余奥氏体的组织,具有强度高、塑性好,以及弯曲疲劳和接触疲劳等动载性能高的优点,在国内外已被用于齿轮、凸轮轴、汽车牵引钩等易磨损件。我国对奥贝球铁的应用还限于中低档产品,还没有达到产业化生产的水平,主要是在铁路货车斜楔铁、曲轴等结构件,以及磨球、锤头等抗磨件生产上应用,并在制作贝氏体球墨铸铁管、衬板、齿轮和轧辊等方面进行了一定的研究和应用。

  

  (4)钢铁耐磨复合材料钢铁基耐磨复合材料是以钢为粘结金属,以难熔金属碳化物作硬质相的结合材料,在一些严酷的磨损工况中得到了工业应用。其组织特点是微细硬质晶粒均匀分散于钢基体中,兼有硬质化合物的硬度、耐磨性,以及钢的强度和韧性,处于普通硬质合金和钢的中间地位。但粘结剂最常使用的添加元素有镍、铬等稀缺金属,且需要粉末冶金方法、浸渍法、热压法、热等静压法、喷射成形法、混合搅拌铸造法及等离子熔融粉末法等加工方法制备。

  

  (5)中低合金耐磨钢具有良好的耐磨性组织,能提供较高的硬度和足够的韧性。研究结果表明:①板条马氏体在准解理断裂时有较小的断裂单元和较多的撕裂等而消耗断裂功,从而提高了韧性。②下贝氏体以不同位向的铁素体板条为最小断裂单元,其韧性较相同硬度的回火马氏体高。③残余奥氏体存在于马氏体或下贝氏体组织中,能使应力松驰,阻碍裂纹扩展,材料断裂时吸收能量增加,而使韧性改善。④细小弥散分布的碳化物对耐磨性有利。

  

  中低合金钢中淬硬态的组织有马氏体(板条状、片状)、贝氏体、残余奥氏体和碳化物,可以获得上述组织。这类钢的合金元素含量(质量分数)较低,一般低合金钢为3%~15%,中合金钢为6%~18%,而且所加合金元素国内资源丰富,易于推广应用;具有较高硬度,足够韧性的综合性能,在硬度>50HRC的情况下,韧性。值可达20~40J/cm,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条件下均可获得较好的耐磨性,有广阔的应用前景和推广意义。


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关键词:耐磨材料,耐磨材料厂家