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耐磨钢的开发与应用.doc

耐磨钢的开发与应用

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2019-01-11 0人阅读 0 0 0 暂无简介 举报

简介:本文档为《耐磨钢的开发与应用doc》,可适用于工程科技领域

目录耐磨钢简史分类高锰钢准贝氏体高强耐磨钢低合金耐磨钢高铬复合耐磨钢技术发展耐磨钢简史耐磨钢作为一种专用钢大约始于十九世纪后半叶。年英国人哈德菲尔德(RAHadfield)首先取得了高锰钢的专利至今已有多年的历史高锰钢是一种碳含量和锰含量较高的耐磨钢这个具有百余年历史的古老钢种由于它在大的冲击磨料磨损条件下使用时具有很强的加工硬化能力同时兼有良好的韧性和塑性以及生产工艺易于掌握等优点因此目前它仍然是耐磨钢中用量最大的一种(尤其是在矿山等部门)。近几十年来低、中合金耐磨钢的开发与应用发展很快由于这些钢具有较好的耐磨性和韧性生产工艺较简单综合经济性合理在许多工况条件下适用而受到用户的欢迎。为了适应矿山采运机械与工程机械发展的需要所研制的高硬度耐磨钢板世纪~年代在国际上已形成系列并标准化。分类耐磨钢种类繁多大体上可分为高锰钢中、低合金耐磨钢铬钼硅锰钢耐气蚀钢耐磨蚀钢以及特殊耐磨钢等。还有一些在研发的钢。高锰钢高锰钢(highmanganesesteel)是指含锰量在%以上的合金钢。化学成分:高锰钢按照国家标准分为个牌号主要区别是碳的含量其范围是-。受冲击大碳含量低。锰含量在-之间一般不应低于。超高锰钢尚无国标但锰含量应大于。硅含量的高低对冲击韧度影响较大故应取下限以不大于为宜。低磷低硫是最基本的要求由于高的锰含量自然起到脱硫作用故降磷是最要紧的设法使磷低于。铬是提高抗磨性的一般在左右。高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆无法使用需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理即将钢加热到~℃保温消除铸态组织得到单相奥氏体组织然后水淬使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高所以此种热处理方法也常称为水韧处理。热处理后力学性能为:σb~MPaσs~MPaζ~ψ~aKl~JcmHBl~。奥氏体组织的高锰钢受到冲击载荷时金属表面发生塑性变形。形变强化的结果在变形层内有明显的加工硬化现象表层硬度大幅度提高。低冲击载荷时可以达到HB~高冲击载荷时可以达到HB~。随冲击载荷的不同表面硬化层深度可达~mm。高硬度的硬化层可以抵抗冲击磨料磨损。高锰钢在强冲击磨料磨损条件下有优异的抗磨性能。在低冲击工况条件下因加工硬化效果不明显高锰钢不能发挥材料的特性。常规成分的高锰钢的形变硬化层中常可以看到高密度位错、位错塞积和缠结。ε马氏体和形变孪晶的出现使钢难以变形尤其是后者的作用更大。上述各种因素都使高锰钢的硬化层得到很高程度的强化硬度大幅度提高。用途:高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。性能特点:经防磨技术处理后材料表面可达到布氏硬度继续保持内部柔韧度表面摩擦力最小化可用高锰钢或类似材料进行焊接可被乙炔氧炬切割无磁性等。为提高高锰钢的性能进行过很多合金化、微合金化、碳锰含量调整和沉淀强化处理等方面的研究并在生产实践中得到应用。介稳奥氏体锰钢的出现则可较局大幅度降低钢中碳、锰含量并使钢的形变强化速度提高可适用于高和中低冲击载荷的工况条件这是高锰钢的新发展。准贝氏体高强耐磨钢结构:准贝氏体钢的组织由贝氏体铁素体(BF)和残余奥氏体(AR)组成,钢中的BF是碳的过饱和固溶体,具有较高的强度和韧性一般的典型上贝氏体是BF及在其间分布着平行于其长轴的贝氏体碳化物(BC)的混合体典型的下贝氏体是BF及在其上分布着与长轴约°~°角的BC的混合体。由于碳化物的存在,严重影响了钢的组织和性能为避免BC的出现,在准贝氏体钢中加入Si、Al等阻碍碳化物析出的合金元素使贝氏体转变明显分为两个阶段在贝氏体孕育期内过冷奥氏体形成贫碳区和富碳区BF在过冷奥氏体的贫碳区切变形成其间分布着富碳的残余奥氏体薄膜(AR),此时处于贝氏体转变的初期阶段此类贝氏体即为准贝氏体。为获得准贝氏体组织使钢板达到良好的力学性能同时兼顾舞钢目前的生产现状及特点在实际生产中。采用了相应的措施:)加入一定量的Si抑制碳化物的析出)通过合理的合金化使准贝氏体钢的CCT曲线如图所示从而保证在很大的冷速范围内可获得准上贝氏体、准下贝氏体或它们的混合组织)由于准贝氏体组织在光学显微镜下呈粒状或针状形貌冷速慢粒状较多冷速快针状较明显。故在生产中采用ACC加速冷却工艺使该钢的准贝氏体组织呈针状从而获得良好的力学性能。图准贝氏体耐磨钢CCT曲线性能:准贝氏体的组织特征赋予准贝氏体钢独特的优异性能。碳原子的间隙固溶体强化和板条亚结构的细晶强化使准贝氏体钢具有优良的强度特性以薄膜、细片或小岛存在的残余奥氏体具有较好的稳定性在应力作用下不易发生转变仍以韧性相存在可以吸收应变能并使裂纹出现分枝或钝化增加裂纹扩展阻力即使发生应力或应变诱发马氏体相变稳定性高的残余奥氏体则需消耗更多的能量使应力或应变松弛从而使冲击韧性提高。准贝氏体钢良好的耐磨性与其组织也存在一定的关系。研究表明,准贝氏体组织中的残余奥氏体是碳的过饱和固溶体磨损时在外力作用下部分残余奥氏体发生诱发马氏体相变形成高碳马氏体形成硬质点BF类似于低碳马氏体具有良好的强韧性和较高的破断抗力硬质点耐磨基体破断抗力高磨粒不易断裂和脱落使耐磨性提高。应用:采用合理的成分及合适的工艺可以得到准贝氏体组织的高强耐磨钢。准贝氏体高强耐磨钢具有与众多钢种不同的热处理特性即低温回火可获得理想的综合性能。准贝氏体高强耐磨钢具有良好的耐磨性和焊接性能。低合金耐磨钢成分:以磨损作为主要失效方式的工况下使用的低合金钢。主要分为低合金焊接耐磨钢、工程机械零件用低合金耐磨钢和农业机械用低合金耐磨钢。高硬度钢的碳含量一般不超过~(要求达到布氏硬度HB≥~时碳含量≤)通常都采用锰和硼作为主要强化元素锰含量不超过~硼含量≤。当钢板较厚或有其它性能要求时需要同时加入铬、钼、钒、铜、镍等元素。发展前景:从生产工艺上着手提高使用性能是低合金耐磨钢的主要发展趋势。例如从冶炼上采取精炼措施减少钢中的夹杂物和气体含量改变夹杂物的形状和分布对提高耐磨性有利。低合金耐磨钢板的生产中比较注重采用钢板轧后直接淬火法取代传统的再加热淬火法这样做不仅节约能源而且能提高钢的淬透性从而可以减少加入的合金元素种类及含量。同时相应发展了MnB或TiB系钢类取得了降低钢板成本与改善其工艺性能的良好效果。在工程机械和农业机械用低合金耐磨钢件的生产中在保证工件整体强韧性的条件下比较注意在工件表面或特定部位采用强化(硬化)措施如实行中、高频淬火和化学热处理工艺等。在锻造成型的零件中常采用锻造余热淬火或形变热处理方法可显著提高工件的强韧性与耐磨性能。高铬复合耐磨钢结构性能:堆焊耐磨层金相组织为典型过共晶高铬合金铸铁CrC型初生相细小均匀基体为CrC与奥氏体、马氏体的共晶组织。六角形CrC(复杂结构间隙化合物)相维氏硬度达HV(详见产品技术规范书)与基体配合表现出最佳抗磨能力。堆焊层硬度HRC单层堆焊层厚度mm基板厚度>mm复合板规格<*m,*m。这类钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的它们一般采用轧后直接淬火并回火或实行控轧、控冷工艺进行强化可节约能源且合金元素含量低价格较便宜但硬度高耐磨工艺性能尚可由于具有了这些优点使这类耐磨钢板很受用户欢迎。             应用:高铬合金铸铁复合钢板可用于冶金机械、建材机械、电力机械、矿山机械等行业中的各种易磨损设备部件的表面强化。技术发展表面强化技术:磨损是发生在工件表面的过程因此强化工件表面就显得十分重要。钢的表面强化技术有着悠久的历史例如渗碳技术至少可以追溯到两干多年前中国的汉朝而一千多年前的中国史书中已有关于碳氮共渗工艺的记载。近几十年来各种各样的表面强化技术与装备发展迅速采取必要的表面强化及表面改性措施不仅可以节约大量的原材料而且可以赋予工件表面层以各种特殊的、作为整体材料难以得到的组织结构与性能从而取得最优异的耐磨性能和巨大的经济效益。如今表面强化技术已成为耐睹钢(包括耐磨材料)的研究与应用的一个重要发展方向。工艺发展:近年来钢铁材料的表面强化(润化)技术发展很快有关新技术、新工艺层出不穷针对不同需要可以选择不同的表面强化技术来提高钢件在各种类型磨损条件下的耐磨性以价格较低廉的基体材料制作工件取代昂贵的合金钢。渗碳、碳氮共渗、渗氮等工艺目前仍然是强化机械零件的主要措施采用共渗、复合渗、渗硼、渗金属、喷焊、堆焊、气相沉积、电刷镀、离子注入等工艺在不同机件的各种工况条件下都取得了提高耐磨性的明显效果。此外铸渗、复合铸造等铸造工艺在耐磨钢件的制造中也有应用。

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