低合金钢冲击磨料磨损性能的研究

作者：信息来源:模具 2008-6-5

字体大小:小 中 大网友评论条 进入论坛

摘要：探讨了3种低合金钢的冲击韧性与冲击磨料磨损性能，并与ZG50Mn2进行对比。结果表明，当低合金钢的化学成分为:0。0%Ni时，其冲击韧性与耐磨性是最好的。关键词：低合金钢。...

摘要：探讨了3种低合金钢的冲击韧性与冲击磨料磨损性能，并与ZG50Mn2进行对比；结果表明，当低合金钢的化学成分为:0.25%～0.30%C; 0.80%～1.00%Si; 0.70%～0.90%Mn; 1.4%～1.5%Cr; 0.4%～0.5%Mo和0.9%～1.0%Ni时，其冲击韧性与耐磨性最好的。
关键词：低合金钢；冲击韧性；磨料磨损
文献标识码：A　　文章编号：1000-8365(1999)04-0012-02

The Study of Impact Wear Properties for Low-alloy Steels

ZHU An-zhen¹,GAO Yi-min²,BAO Chong-gao²
(1.Shanxi Aluminium Plant,Hejin 043300,China;　2.Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710049,China)

Abstract：The impact toughness and the impact abrasive wear of three kinds of low-alloy steels were investigated,and the results were compared with that of ZG50Mn2.It was found that the superior charateristics are obtained while the composition of the low-alloy steel is (mass fraction wt.%):0.25～0.30C, 0.80～1.00Si, 0.70～0.90Mn, 1.4～1.5Cr, 0.4～0.5Mo and 0.9～1.0Ni.
Key Words：Low-alloy Steel; Impact toughness; Abrasive wear

　　工程中低合钢是一类重要的耐磨材料，特别是在冲击磨料磨损条件下具有明显优势^［1］。典型工况如电厂风扇磨冲击板，其常用材料为ZG50Mn2与ZGMn13，前者由于初始硬度较低往往起不到很好的抗磨作用；后者一般适应于强烈冲击的磨损工况，而媒质对冲击板的冲击力是不够的，不能使高锰钢表面达到最佳硬化状态，从而导致高锰钢冲击板过早失效^［2］。目前，、内外虽然对低合金钢的研究较多^［3、4］，但均由于合金元素加入量较少，势必要维持较高碳量以提高硬度，从而大大降低了低合金钢的韧性，限制其应用范围。本文针对风扇磨冲击板一具有冲击磨损的典型工况，设计一种低合金钢，将含碳量时维持在较低水平，并在一定范围内调整C、Cr含量，考察其冲击韧性与冲击磨损特性，为推动低合金钢在冲击磨损工况下的应用提供实验依据。

1　试验条件与试验方法

1.1　试验用材料
　　设计3种不同含碳量和含铬量的低合金钢，考察其冲击韧性与抗磨性，并与生产中常用的ZG50Mn2进行对比，3种材料的成分设计与热处理工艺，见表1。
1.2　试验方法
1.2.1　冲击韧性试验方法
　　冲击韧性试验在JB-30摆锤式冲击试验机上进行。冲击试验的形状与尺寸，如图1所示。

图1　冲击试样的形状与尺寸
Fig.1　Schematic of impact specimen

1.2.2　冲击磨损试验方法
　　冲击磨损试验在MLD-10型动载磨料磨损试验机上进行，冲击功1.5 J，冲击次数500 次/min，下试样转速200 r/min，磨料为70～100目的精制石英砂。上试样为试验材料(见表1)及对比材料ZG50Mn2，尺寸为10 mm×10 mm×30 mm。每次试验预磨跑合10 min，正式冲磨时间30 min，用精度0.0001 g光学天平称得质量损失△W，最终取3次试验平均值。

表1　试验用低合金钢试样的编号、化学成分及热处理工艺
Tab.1　The specimen number ,chemical composition and heat treatment procedure

<DIV align=center>试样
编号化学成分/%热处理
工艺CSiMnCrMoNiA0.270.850.751.470.400.92900 ℃/1.5 h水淬+
200 ℃/2 h空冷　　B0.260.540.444.520.420.97　 1050 ℃/1 h风冷+　
150 ℃/1.5 h空冷　C0.360.881.164.520.490.87　1050 ℃/1.5 h风冷+
150 ℃/1.5 h空冷　　</DIV>

2　试验结果与分析

2.1　组织及硬度
　　3种低合金钢的微观组织及其宏观硬度(HRC)，见表2，其光镜照片，如图2所示。

表2　3种低合金钢的显微组织及其硬度
Tab.2　The microstructure and hardness of three low-alloy steels

试样编号显微组织宏观硬度(HRC)A马氏体47.5B索氏体+残余奥氏体41.5C马氏体+少量碳化物47.0

图2　低合金钢的显微组织金相照片　×500
Fig.2　The microstructure of the low-alloy steels

　　由表2和图2可以看出，尽管C合金中的含碳量与含铬量均高于A合金，且C合金组织中含有少量碳化物，但由于2者热处理制度的差异，其硬度值基本相同。B合金含铬量高于A合金，但由于热处理时冷却速度较A合金缓慢，所以其硬度值低于A合金。
2.2　冲击韧性及磨损试验结果
　　低合金钢与ZG50Mn2(对比材料)的冲击韧性及冲击磨料磨损性能分别，见图3和图4。

图3　低合金钢与ZG50Mn2的
冲击韧性
Fig.3　The impact toughness of
the low-alloy steels
and ZG50Mn2

图4　低合金钢与ZG50Mn2的
磨损质量损失
Fig.4　The mass losses of
the low-alloy steels
and ZG50Mn2

　　由图3可以看出，3种低合金钢的冲击韧性均高于ZG50Mn2；而在3种低合金钢中，尤以合金A的冲击韧性最高，这主要是由于合金A的含碳量与含铬量最低所致。
　　由图4可以看出，3种低合金钢的冲击磨损失重均小于ZG50Mn2，在这3种低合金钢中，合金A的抗冲击磨损性能最好。由前面的组织与硬度试验结果可知，合金A与合金C的硬度相当，但是合金C的组织中含有碳化物，而碳化物是脆性相，在冲击磨损过程中是很容易剥落的，这可能是合金C与合金A磨损性能差别较大的主要原因。

3　结论

　　(1)本试验所设计的3种低合金钢，其冲击韧性与冲击磨料磨损抗力均优于ZG50Mn2。
　　(2)在3种低合金钢中，当合金成分为0.25%～0.30%C、0.80%～1.00%Si、0.70%～0.90%Mn、 1.4%～1.5%Cr、0.4%～0.5%Mo和0.9%～1.0%Ni时，其冲击韧性与耐磨性最好。

作者简介：朱安贞(1960-　)，男，山西河津，工程师、学士.

作者单位：朱安贞(山西铝厂，山西河津 043300；)
　　　　　高义民　鲍崇高(西安交通大学，陕西西安 710049)

考文献

［1］L.Fang,Q.D.Zhou and Y.J.Li. Wear and material hardness in three-body abrasion，［C］.Proc.of inter.Conf.on wear of materials,Ed.by K.C.ludema,ASME,1991,513～520
［2］张军，郝石坚.提高风扇磨煤机冲击板耐用性的技术措施［J］.水利电力机械，1994(6)：22～23
［3］仝建民.低合金耐磨钢冲击磨料磨损的研究［C］.第六届人国金属耐磨材料学术会议论文集.1992：4～8
［4］符寒光.多元低合金空冷马氏体/贝氏体铸钢的研究和应用［C］.第七届全国金属耐磨材料学术会议论文集.1994：32～35