龐偉

摘 要：耐磨鋼是高強(qiáng)耐磨鋼種之一，為了更好的研究耐磨鋼的熱處理工藝以及纖維組織和耐力學(xué)性能等，行研制。通過(guò)研究表明經(jīng)過(guò)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工藝處理，耐磨鋼在經(jīng)過(guò)退火、淬火以及回火之后所得到的鑄鋼的沖擊韌性、硬度等性能都得到了較大的提升。同時(shí)針對(duì)耐磨鋼的應(yīng)用展開(kāi)分析，主要研究了耐磨鋼的抗磨損性能，并研究了調(diào)整耐磨鋼的成分組成，探討了其對(duì)硬度的影響，并進(jìn)行了沖擊實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡等驗(yàn)證其性能，對(duì)于其熱處理方案的優(yōu)化進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，得到更好的研究耐磨鋼性能的熱處理方案，可以實(shí)現(xiàn)更好的組織匹配，研究出了提高耐磨鋼性能的處理工藝。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)韌性耐磨鋼;熱處理;工藝優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TG161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）08-0077-02

0 引言

耐磨鋼是高強(qiáng)耐磨鋼中的一種，一般耐磨鋼材料在化工、冶金、建材以及電力等領(lǐng)域中其應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，而在不同的耐磨鋼種類(lèi)中高錳鋼是屬于一種具有特殊性能的材料，一般這種材料的特點(diǎn)是在高壓沖擊下或者是承受沖壓負(fù)荷時(shí)材料會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的硬化作用，從而大大提高材料的耐磨性能。但是在材料的制作過(guò)程中如果其沖擊力比較小或者是對(duì)其沒(méi)有施加足夠的外壓，那么材料所表現(xiàn)出來(lái)的硬化特征也不夠明顯。對(duì)于普通的耐磨鋼材料來(lái)說(shuō)對(duì)其性能的基本要求就是具有較好的塑性以及較高的硬度等。而對(duì)材料進(jìn)行鑄鋼件的生產(chǎn)的時(shí)候主要生產(chǎn)階段分為加熱、保溫、冷卻，所以不同步驟如果細(xì)節(jié)處理不好，對(duì)最紅產(chǎn)品的質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此高強(qiáng)耐磨鑄鋼熱處理工藝的研究對(duì)于其性能提高以及應(yīng)用等都有非常重要的意義。

1 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

1.1 碳

碳在鋼的生產(chǎn)中是非常重要的元素之一，碳在其中發(fā)揮的作用主要是提高鋼的韌性和硬度，所發(fā)揮的作用是非常重要的，并且鋼生產(chǎn)過(guò)程中加入碳會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生較大的影響，但是如果在鋼的生產(chǎn)過(guò)程中碳的含量也不是越多越好的，如果其含碳量不斷的增加，則鋼的韌性會(huì)發(fā)生一定程度的下降。

1.2 錳

一般錳元素在煉鋼過(guò)程中所發(fā)揮的作用為脫氧劑，其主要作用是為了去除掉鋼生產(chǎn)過(guò)程中鋼液中的氧氣組分，并且錳元素的加入除了作為脫氧劑之外還可以去除其中的硫元素，在一定程度上可以降低有害物質(zhì)。

1.3 硅

其次在煉鋼的過(guò)程中加入適量的硅元素也可以提高耐磨鋼的性能，硅是煉鋼中必不可少的物質(zhì)，其主要作用也是作為脫氧劑使用，和錳的作用類(lèi)似，如果在生產(chǎn)中鋼液中硅元素加入的含量較高，那么會(huì)在一定程度上影響鋼材的韌性以及塑性性能。

1.4 鉻和鎳

在鋼液中加入鉬和鉻的主要目的是在回火的時(shí)候可以大幅度提高其回火穩(wěn)定性和淬透性，同時(shí)鉬的存在也可以提高鋼材的韌性，而鉻元素的存在可以提高鋼的硬度、強(qiáng)度以及耐磨度等，但是與此同時(shí)也會(huì)對(duì)鋼材的韌性和塑性產(chǎn)生一定的影響。

1.5 鎳

在鋼液中加入一定量的鎳可以適當(dāng)提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，同時(shí)還能夠保證其使用性能和塑性等，除了可以提高其強(qiáng)度之外也可以大大提高在產(chǎn)品使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。

1.6 鈦和稀土等

為了得到更好的組織細(xì)化產(chǎn)品，同時(shí)對(duì)細(xì)晶起到一定的強(qiáng)化作用，可以在其中加入適量的鈦和稀土等元素，也可以起到一定的強(qiáng)化作用。

2 熱處理工藝分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，耐磨鑄鋼材料在經(jīng)過(guò)熱處理工藝之后，無(wú)論是鋼材的沖擊韌性還是硬度等方面的性能都得到了較大的提高。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的鋼材產(chǎn)品中硬度和韌性二者之間很難進(jìn)行平衡，好的韌性代表其硬度性能不達(dá)標(biāo)，反之亦然。而熱處理工藝的使用很好地改善這一現(xiàn)象，促進(jìn)沖擊韌性和硬度可以進(jìn)行合理分配。但是在其他鋼材的其他組成成分中由于不同組成成分的影響，對(duì)于其回火時(shí)間以及其他方面的性能都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，各種缺陷的存在導(dǎo)致在進(jìn)行淬火的時(shí)候并沒(méi)有完全達(dá)到淬火要求，導(dǎo)致所得到的產(chǎn)品的硬度較低，透性比較差，從而在一定程度上對(duì)耐磨鋼的強(qiáng)韌性造成影響。

2.1 回火時(shí)間影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，在進(jìn)行耐磨鋼的力學(xué)性能表征的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，鋼材在經(jīng)過(guò)熱處理之后其硬度和沖擊性能都非常好，兩個(gè)基本性能的要求都達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在沖擊韌性和硬度等性能方面其匹配度都非常高。數(shù)據(jù)顯示在經(jīng)過(guò)熱處理之后的沖擊韌性和普通處理方法所得到的耐磨鋼沖擊韌性性能提高四到五倍，達(dá)到了與其的結(jié)果。但是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在進(jìn)行鑄造的時(shí)候存在的缺陷還是比較多的，比如在進(jìn)行回火處理的時(shí)候時(shí)間不夠充足，并且沒(méi)有將淬火油及時(shí)的清理干凈，導(dǎo)致在進(jìn)行硬度測(cè)試的時(shí)候數(shù)據(jù)不是很理想，最終會(huì)嚴(yán)重影響耐磨鋼的沖擊韌性。

2.2 氣孔影響

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，剛才鋼材鑄造其存在的缺陷也比較明顯，比如說(shuō)氣孔問(wèn)題比較嚴(yán)重，氣孔的存在會(huì)大大降低產(chǎn)品的有效截面積，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致存在氣泡的地區(qū)所產(chǎn)生的應(yīng)力比較集中，而這也是在鋼材加工成零件使用過(guò)程中常常那個(gè)發(fā)生斷裂或者是裂紋的來(lái)源。如果最終產(chǎn)品中出現(xiàn)了上述形狀不規(guī)則的氣泡，那么產(chǎn)品的缺口敏感性會(huì)大大提高，同時(shí)也會(huì)在一定程度上降低產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度，也就是說(shuō)產(chǎn)品的沖擊韌性會(huì)大大降低。

2.3 不同元素影響

因?yàn)樵谀湍ヨT鋼的生產(chǎn)過(guò)程中鉻元素和硅元素是必須添加的，并且其含量相對(duì)較高，所以導(dǎo)致在硬度增加的基礎(chǔ)之上沖擊韌性有一定的下降，而實(shí)驗(yàn)研究表明所得到的耐磨鑄鋼存在的脆性斷口也屬于一種宏觀上的斷裂，同時(shí)也是一種解理斷裂，可以在斷裂面清晰地看到斷裂的河流式花樣紋理。這些分布的花紋的種類(lèi)主要有韌窩式花紋和山脊式花紋，存在這一類(lèi)花紋的耐磨鑄鋼的塑性一般相對(duì)較低并且也比較淺。此外在斷裂面還可以看到部分小平面，其中包含斷裂式花紋，表現(xiàn)為較短并且彎曲，一般將這些斷裂稱(chēng)作為準(zhǔn)解理性斷裂。但是如果在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)有效的方法將其沖擊韌性提高，并且其沖擊韌性可以達(dá)到相關(guān)白鷗準(zhǔn)，那么其也可以評(píng)定為準(zhǔn)解理斷裂中的一種。因?yàn)槟湍ヤ撝秀t元素和硅的含量比較高，但是就塑性來(lái)說(shuō)相對(duì)較低，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征，如果在耐磨鋼的斷口處存在孔坑，也就是常說(shuō)的韌窩，這種情況有較大可能存在異相顆粒或者是非金屬的夾雜物，其存在使得形成了韌窩的核心，如果相鄰的兩個(gè)微孔互相連接那么所形成的微孔較大，會(huì)導(dǎo)致最終發(fā)生變形。

2.4 熱處理工藝優(yōu)勢(shì)

和其他的處理工藝相比較而言，熱處理工藝在經(jīng)過(guò)退火之后可以讓組織成分更加的均勻化，同時(shí)可以提高淬火的溫度以及提高耐磨鑄鋼中鎳和鉬的含量。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)在鋼液中加入適量的鉬元素可以大大提高鋼的韌性，而鎳元素的加入可以顯著提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)還能夠保證鋼的韌性和塑性不會(huì)受到太大的影響，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其沖擊韌性較高，并且其斷裂形式為塑性斷裂，所以說(shuō)剛強(qiáng)韌性耐磨鑄鋼的生產(chǎn)使用熱處理工藝是非常合適的。

3 組織性能分析

3.1 金相組織分析

在金相組織中分析可以看出所形成的組織特點(diǎn)為殘余奧氏體和馬氏體，根據(jù)材料特點(diǎn)分析可以得知，通常馬氏體其尺寸相對(duì)較大，所以在生產(chǎn)過(guò)程中其塑性、韌性都非常差，并且其沖擊韌度也相對(duì)較低。而在金相組織分析中可以看出所包含的殘余奧氏體和馬氏體很少，并且馬氏體也是屬于板條馬氏體中的一種，在其中存在大量的位錯(cuò)，因此也被稱(chēng)為錯(cuò)位馬氏體，對(duì)其硬度產(chǎn)生影響的主要因素為碳的含量。根據(jù)馬氏體的性能可以得知含碳量越高，馬氏體的硬度越大，所以對(duì)于耐磨鑄鋼的組織韌性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。所以在生產(chǎn)工藝優(yōu)化中碳的加入量不宜過(guò)多，而進(jìn)行沖擊韌性測(cè)試的時(shí)候也不能夠過(guò)高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示提高淬火溫度，可以有效的提高組織的均勻性以及分布的均勻性。

3.2 淬火溫度組織的影響

在鑄鋼生產(chǎn)過(guò)程中如果淬火溫度較低，因?yàn)樵诟邷貖W氏體溶解液中硅、錳、鉬等元素的含量相對(duì)較低，所以對(duì)其穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，而其組織為馬氏體和殘留奧氏體。并且在經(jīng)過(guò)910℃淬火之后所形成的馬氏體其大小不均勻，導(dǎo)致其沖擊韌性不夠，組織組成為馬氏體和殘留奧氏體。而伴隨著不斷將淬火問(wèn)題提高，溶解于高溫奧氏體中的硅、錳、鉬等元素也逐漸增加，不斷的增加高溫奧氏體的淬透性，其排列整齊，分布也相對(duì)比較均勻。但是如果淬火溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致高溫奧氏體中硅、錳等元素的含量過(guò)高，而奧氏體的晶粒尺寸也逐漸變大，導(dǎo)致在淬火之后所形成的馬氏體板條大小不一，殘留奧氏體的數(shù)量逐漸增多，最終會(huì)對(duì)其硬度產(chǎn)生一定的影響。

3.3 回火溫度對(duì)組織的影響

分析產(chǎn)品經(jīng)過(guò)930℃淬火之后以不同回火工藝所得制品的顯微組織可以看出，在經(jīng)過(guò)210℃回火時(shí)，由于溫度較低，所以在組織中含有較多的殘留奧氏體，所以沒(méi)有較好的沖擊韌性。而適當(dāng)?shù)膶⒒鼗饻囟忍岣咧?40℃可以有效降低在淬火過(guò)程中所產(chǎn)生的馬氏體內(nèi)應(yīng)力，并有效提高其韌性。而當(dāng)溫度繼續(xù)升高至260℃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)元素偏聚，從而降低其沖擊韌性。所以說(shuō)在進(jìn)行回火工藝時(shí)回火溫度的控制時(shí)非常關(guān)鍵的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，耐磨鑄鋼材料的種類(lèi)有多重，其中高錳鋼是具有特殊性能的一種，這種剛才在使用過(guò)程中的特點(diǎn)就是如果給其施加沖擊負(fù)荷以及高壓可以使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的硬化反應(yīng)，因此通過(guò)改善這兩個(gè)條件可以得到耐磨性較高的材料。并且通過(guò)合理的工藝優(yōu)化所得鑄鋼的沖擊韌性以及硬度等方面性能都可以得到較好的提高。研究開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)韌性耐磨鑄鋼的應(yīng)用效果也十分顯著，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

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