耐磨鑄鐵和鋼

1、上節(jié)內(nèi)容回顧n微動磨損定義微動磨損定義n微動磨損的過程微動磨損的過程n微動磨損的理論：微動磨損的理論： Uhlig理論理論n微動磨損的影響因素：材料組織、結(jié)微動磨損的影響因素：材料組織、結(jié)構(gòu)；載荷；濕度；氧化構(gòu)；載荷；濕度；氧化Fe-C相圖相圖Fe-C相圖要點簡析n碳在鑄鐵-鋼種四種形態(tài)鐵素體奧氏體滲碳體游離的石墨n三個轉(zhuǎn)變反應(yīng)1495奧氏體1148奧氏體和滲碳體的混合物，萊氏體727鐵素體和滲碳體的混合物，珠光體Fe-C相圖要點簡析n碳含量對鐵碳合金的組織和性能的影響n鐵碳合金的室溫平衡組織均由鐵素體和滲碳體兩相組成。n滲碳體是強化相，隨含碳量的增加，滲碳體的越多，合金的強度越高，但塑性和韌

2、性顯著下降。 抗磨合金鑄鐵n根據(jù)鑄鐵中高碳相（石墨相）的存在形態(tài)，抗磨鑄鐵分為白口鑄鐵和球墨鑄鐵。n鑄鐵中碳原子析出并形成石墨的過程稱為石墨化。石墨既可以從液體和奧氏體中析出，也可從滲碳體分解來獲得。n白口鑄鐵不含石墨相n含石墨相的，根據(jù)石墨形態(tài)可分為：灰鑄鐵（石墨呈片狀）；球磨鑄鐵（石墨呈球狀）；蠕墨鑄鐵（石墨呈蠕蟲狀）白口鑄鐵犁鏵白口鑄鐵犁鏵石墨組織顯微圖灰鑄鐵球墨鑄鐵抗磨合金鑄鐵n白口鑄鐵根據(jù)鑄鐵中主要合金元素的種類與添加量的多少，又可將其分為普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵和鉻系白口鑄鐵n球墨鑄鐵則指馬氏體球墨鑄鐵、貝氏體球墨鑄鐵和中錳球墨鑄鐵鑄鐵的抗磨性能，不僅取決于其服役的條鑄鐵的抗磨性能，

3、不僅取決于其服役的條件，如摩擦副材料的選擇、潤滑條件、介件，如摩擦副材料的選擇、潤滑條件、介質(zhì)環(huán)境、載荷以及速度等，還與鑄鐵本身質(zhì)環(huán)境、載荷以及速度等，還與鑄鐵本身的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)有緊密的關(guān)系。的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)有緊密的關(guān)系。就鑄鐵的材質(zhì)而言，主要影響因素是石墨、就鑄鐵的材質(zhì)而言，主要影響因素是石墨、基體組織的影響?；w組織的影響。石墨對鑄鐵耐磨性的影響n優(yōu)點：石墨獨特的結(jié)構(gòu)使其在相對滑動時，其低能解離面會發(fā)生轉(zhuǎn)動，使之基本平行于滑動界面，能夠降低摩擦磨損。（易切削加工、鑄造性好等）n缺點：在摩擦磨損過程中，石墨有削弱基體的作用，石墨強度低、韌性極低，相當于基體內(nèi)的裂紋或空洞，減小了基體

4、的有效截面，并引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致抗拉強度降低。設(shè)計原則：合理的利用石墨提高耐磨性組織對鑄鐵耐磨性的影響n黏著磨損、磨粒磨損定律：材料硬度越高、耐磨性越好。n疲勞磨損：斷裂韌性高，耐磨性越好n組織選擇：鐵素體奧氏體珠光體滲碳體普通白口鑄鐵n普通白口鑄鐵組織、結(jié)構(gòu)特點 高碳低硅 含碳量增加提高硬度，同時脆性增加，并容易出現(xiàn)石墨相。 硅含量增加，降低共晶含碳量，促進石墨相生成。 促進石墨化元素（C、Si、Al、Ni），阻礙石墨化的元素（Cr、W、Mo、V、Mn）n耐磨應(yīng)用： 硬度較高、脆性大，但因價格低廉、生成簡便，目前應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械鎳硬鑄鐵n鎳硬鑄鐵是含鎳、鉻的白口鑄鐵，含鉻含量分為2%、9%兩類

5、。n鉻：促進形成（Fe，Cr）C的化合物，提高碳化物硬度；鎳：主要溶入金屬基體中，能有效提高淬透性，促使形成馬氏體獲貝氏體基體。鎳硬鑄鐵抗磨性及應(yīng)用n鎳鉻鑄鐵可用于許多磨損工況，比普通白口鑄鐵優(yōu)越，可與其它白口鑄鐵、合金鋼競爭。當代替鋼時，必須保證在使用條件下不破裂。n優(yōu)點：硬度高、抗腐蝕磨損；缺點：韌性、抗沖擊疲勞差n應(yīng)用工況：磨煤機的墨輥、磨環(huán)；雜質(zhì)泵葉輪；輸送管道；軋輥等低鉻鑄鐵n為了提高鑄鐵的抗磨性，防止在鑄鐵中出現(xiàn)石墨組織，向鑄鐵中添加一定數(shù)量的碳化物形成元素鉻從而形成低鉻鑄鐵。鉻含量2%5%。n組織、結(jié)構(gòu)與普通白口鑄鐵基本相似，僅碳化物存在差異（Fe，Cr）3C。低鉻鑄鐵抗磨性及應(yīng)

6、用n韌性與普通白口鑄鐵相當，但硬度增加，抗磨性比普通白口鑄鐵有較大的提高。n主要應(yīng)用于球磨機磨球。n稀土元素添加可改善碳化物形態(tài)、細化晶粒、脫氧、脫硫和凈化鐵液。球磨機中鉻鑄鐵n中鉻鑄鐵含鉻量510%， 共晶碳化物為（Fe，Cr）3C， （Fe，Cr）7C3兩相。n含鉻量增加，硬度計抗蝕性增加，可用于中等沖擊載荷的磨料磨損和沖蝕磨損的工況。高鉻鑄鐵n鉻含量大于12%的白口鑄鐵，是目前國內(nèi)外最為廣泛的抗磨鑄鐵之一。n（Fe，Cr）3C， （Fe，Cr）7C3， （Fe，Cr）23C6三相碳化物。高鉻鑄鐵的性能及應(yīng)用n高鉻鑄鐵具有較高的含鉻量、良好的硬度、抗蝕性及抗氧化性，同時具有普通白口鑄鐵的韌

7、性，因此廣泛的用于各種磨料磨損場合以及各種高溫磨損和腐蝕磨損的工況。n球磨機的磨球、磨煤機和立式磨機的磨輥、磨盤以及破碎機的小錘頭等部件。破碎機馬氏體球墨鑄鐵n成分：C（3.4-3.9）、Si（2.2-2.5)、Mn（0.8-1.2）n組織：馬氏體+球狀石墨+殘余奧氏體n淬火處理+低溫回火獲得高硬度的馬氏體基體的球磨鑄鐵。n常用于沖擊磨料磨損工況，物美價廉，比如水泥球磨機襯板。貝氏體球墨鑄鐵n成分：C（3.4-3.9）、Si（2.5-3.5)、Mn（2.0-3.5）nMn的作用在于推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，抑制珠光體的形成，從而為得到更多的貝氏體創(chuàng)造了條件。nSi對錳碳化物的形成有較好的抑制作

8、用。B對獲得貝氏體是有益的。n淬火+回火貝氏體球磨鑄鐵性能及應(yīng)用n貝氏體球墨鑄鐵因硬度高、韌度和抗沖擊疲勞性能較好，常用于球磨機磨球、襯板。n礦山濕磨狀況，其抗磨性能優(yōu)于高鉻合金鑄鐵抗磨合金鋼n 抗磨合金鋼是一類用于磨損工況的特殊性能鋼，其主要特征是在磨損條件下具有較高的強度、硬度、韌性和耐磨性。n低合金鋼：含量不超過5%； 中合金鋼：含量510%； 高合金鋼：含量大于10%n按組織結(jié)構(gòu)分為珠光體、馬氏體、鐵素體、奧氏體和萊氏體鋼。n按用途分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼（我國常用的分類方法）影響鋼耐影響鋼耐磨性因素磨性因素含碳量含碳量合金合金 元素元素金相金相組織組織碳化物碳化物耐磨合金鋼含碳

9、量的影響對于碳鋼來說，適當?shù)脑黾雍剂浚梢蕴岣吣湍バ?。對于碳鋼來說，適當?shù)脑黾雍剂?，可以提高耐磨性?.20.3%C 淬火后獲得低碳板條馬氏體組織，淬火后獲得低碳板條馬氏體組織，韌性高并有適當?shù)挠捕软g性高并有適當?shù)挠捕?HRC4050)適用適用于要求韌性高，耐磨性較低的工件。于要求韌性高，耐磨性較低的工件。 0.40.6%C 淬火后獲得混合型馬氏體組織，適淬火后獲得混合型馬氏體組織，適用于要求較高耐磨和足夠韌性的工件。用于要求較高耐磨和足夠韌性的工件。0.60.9%C 淬火后顯微組織以片狀孿晶馬氏體淬火后顯微組織以片狀孿晶馬氏體為主，硬度高為主，硬度高(HRC60)，脆性大，適用，脆性大，

10、適用于要求較耐磨高、韌性較低的工件。于要求較耐磨高、韌性較低的工件。 低碳鋼低碳鋼中碳鋼中碳鋼 高碳鋼高碳鋼溶于固溶體，形成溶于固溶體，形成碳化物提高淬透性，碳化物提高淬透性，增加回火脆性，增加回火脆性，2%脫氧、去硫、凈化脫氧、去硫、凈化鋼液、細化晶粒、鋼液、細化晶粒、改善鋼的質(zhì)量改善鋼的質(zhì)量只溶于固溶體，只溶于固溶體，使使F強化，提高鋼強化，提高鋼的回火能力的回火能力強烈提高淬透性強烈提高淬透性過高使脆性增大，過高使脆性增大，可獲可獲B組織組織溶于固溶體和合金溶于固溶體和合金滲碳體滲碳體(Fe,Mn)3C，提高淬透性，提高淬透性，2%只溶于固溶體，提只溶于固溶體，提高淬透性、塑性、高淬透性

11、、塑性、韌性，韌性，1%合金元素合金元素的影響的影響Cr稀土稀土SiBMnNi合金元素的影響低合金耐磨鋼n低合金耐磨鋼具有良好的耐磨性和強韌綜合力學(xué)性能，成本較低。n常用合金元素：Cr、Mo、Si、Mn、Ni、REn用于球磨機襯板、篩板、破碎用錘頭、錘柄，水輪機轉(zhuǎn)輪等合金鋼的編號n首位數(shù)字為碳含量，結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位數(shù)字（兩位數(shù)）、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字（一位數(shù)）；對于碳質(zhì)量分數(shù)超過1%時，不標出。n40Cr、5CrMnMo、CrWMn合金鋼的編號n碳質(zhì)量分數(shù)數(shù)字之后，用元素的化學(xué)符號表明鋼中主要合金元素，質(zhì)量分數(shù)由其后面的數(shù)字表明，平均質(zhì)量分數(shù)小于1.5%時，不標出，平均質(zhì)量分數(shù)為1.5%-2.49%標2，2.5%3.49%標3，以此類推。n專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。n25CrMO（低合金鋼）、ZG35Cr4WMoV（中合金鋼）、GCr15（高合金鋼）工程材料工程材料，朱張校主編，清華大學(xué)出版社，朱張校主編，清華大學(xué)出版社中合金耐磨鋼n合金元素總含量在510%之間為中合金鋼。n耐磨中合金鋼適用中小沖擊、磨料磨損工況條件下的一類材