金屬耐磨材料

1、金屬耐磨材料隨著國民經(jīng)濟的深入發(fā)展，新技術(shù)，新設(shè)備，新材料越來越為人們所關(guān)注。據(jù)我國冶 金、建材、電力、農(nóng)機、煤炭等五個系統(tǒng)的統(tǒng)計加上機械部門汽車、拖拉機、工程機械的不 完全統(tǒng)計，我國每年消耗金屬耐磨材料約達 300萬噸以上。那么，何謂耐磨材料？又有哪些 材料屬于金屬耐磨材料呢？筆者將會細(xì)細(xì)道來。一、耐磨材料簡介耐磨材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料， 亦是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時也對改 造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用。材料的耐磨性不僅取決于材料的硬度 hm,而且最重要的決定于材料的硬度 hm和

2、磨料的硬 度ha的比值，當(dāng)hm/ha的比值超過一定值后，其磨損量便會迅速降低。當(dāng) hm/ha比值<0.5- 0.8時為硬磨料磨損，此時增加材料的硬度對材料的耐磨性增加不大；當(dāng)hm/ha比值>0.5-0.8時為軟磨料磨損，此時增加材料的硬度，便會迅速提高材料的耐磨性。二、金屬耐磨材料種類經(jīng)過改革開放30多年的風(fēng)雨洗禮，針對我國設(shè)備磨損的具體工作條件和國內(nèi)資源情況， 我國廣大科技工作者與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，研制出了多種新型耐磨材料。大體分兩大類：耐磨鋼和耐磨鑄鐵；四大系列：改性高鉆鋼、中銳鋼、超高鉆鋼系列；高、中、低碳耐磨合金鋼系 列；銘系抗磨白口鑄鐵系列；鈕系、硼系抗磨白口鑄鐵及馬氏體、

3、貝氏體抗磨球墨鑄鐵等。1.1 高鎰專岡(high manganese steel)高銳鋼ZGMn13乍為歷史最悠久的一種耐磨材料，范指含鈕量在 10%Z上的合金鋼。這類 鋼含鉆量為10%- 15%碳含量一般為0.90%1.50%,大部分在1. 0%Z上。其化學(xué)成分為 (%): C 0 . 901. 50 Mn 10.0 15. 0 Si 0. 301.0 S <0.05 P <0.10高銳剛Mn13的鑄態(tài)組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成，有時還含有少量的磷 共品。碳化物數(shù)量多時，常在晶界上呈網(wǎng)狀出現(xiàn)。因此鑄態(tài)組織的高銳鋼很脆，無法使用， 需要進行固溶處理。通常這類高鉆鋼的用

4、量最多，常用來制作挖掘機的鏟齒、圓錐式破碎機 的軋面壁和破碎壁、顆式破碎機岔板、球磨機襯板、鐵路轍岔、板錘、錘頭等。高銳鋼Mn13極易加工硬化，因而很難加工，絕大多數(shù)是鑄件，極少量用鍛壓方法加工。 高鉆鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點低(約為1400C),鋼的液、固相線溫度間隔較小，(約為 50C)；鋼的導(dǎo)熱性低，因此鋼水流動性好，易于澆注成型。高鉆鋼的線膨脹系數(shù)為純鐵的1. 5倍，為碳素鋼的2倍，故鑄造時體積收縮和線收縮率均較大，容易出現(xiàn)應(yīng)力和裂紋，因 此，鑄造工藝時要格外注意。1.2 中鎰專岡（middle manganese steel）中鉆鋼經(jīng)過水韌處理后的組織為奧氏體基體，但有較多的碳化物

5、，加入鋁可以抑制鑄態(tài) 中的碳化物組織的析出。與 Mn13相比，中鉆鋼的含鈕量下降，奧氏體穩(wěn)定性下降，在非強烈 沖擊下耐磨性高于標(biāo)準(zhǔn) Mn13約20-30%;而對于厚大斷面的Mn13W件，水韌處理后內(nèi)部常出 現(xiàn)碳化物而使韌性下降，低溫下 Mn13也常出現(xiàn)脆斷，同時耐磨性也嫌不足，屈服強度低，而 Mn18g高銳則在一定程度上解決了上述問題。1.3 超高鎰專岡（super manganese steel）超高銳鋼Mn18近年來，人們已開始著手對具有穩(wěn)定奧氏體組織的超高銳鋼進行研究，主 要是想在普通高鉆鋼標(biāo)準(zhǔn)成分的基礎(chǔ)上通過提高碳、鈕含量來達到改善鉆鋼組織，提高耐磨 性的目的。研究人員通過對Fe-C-

6、Mn合金奧氏體的價電子結(jié)構(gòu)進行分析發(fā)現(xiàn)，在含 G Mn原 子的一個奧氏體晶胞內(nèi)，C-Mn之間的結(jié)合力大于C-Fe之間的結(jié)合力。這樣，鈕原子可通過 對碳原子運動的拖曳提高碳的固溶度，而且利用鉆不易和碳原子生成碳化物，來降低碳原子 的擴散能力，抑制碳化物的析出。因此，同時提高碳、鈕含量，不但可以提高鉆鋼的加工硬 化能力，而且可保持高韌性的奧氏體組織，使其在使用時具有良好的耐磨性。2.1 耐磨合金剛耐磨合金剛指為滿足特定的性能要求而有目的的加入其它元素，諸如銘（ Cr）、鍥（Ni）、鑰（M。、銅（Cu）、硅（Si）、鈕（Mn、銳（V）、鈦（Ti ）、稀土（ Re）、鴇 （W、硼（B）甚至有些有害元素

7、如硫（S）、磷（P）等的鋼材。耐磨合金鋼以化學(xué)成分元 素含量的多少分為三類：第一類耐磨合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%即低碳耐磨合金鋼；第二類耐磨合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%即中碳耐磨合金剛；第三類，耐磨合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 10%即高碳耐磨合金鋼。2.2 低合金耐磨鋼低合金耐磨鋼以高強韌性、高硬韌性著稱。其強度和硬度高于耐磨鉆鋼而在非大沖擊磨 損工作條件下可替代鉆鋼；其塑、韌性高于耐磨鑄鐵，而在一定沖擊載荷的磨損工作狀況 下，使用壽命高于耐磨鑄鐵。碳鋼的耐磨性主要是借表面硬化而獲得的。W(C) >0.35%勺碳鋼，通常采用表面感應(yīng)淬火或火焰淬火；低碳鋼則可用滲

8、碳、滲氮或碳氮共滲等工藝提高耐磨性。隨著硬度的提高，其耐磨性也相應(yīng)增強。在耐磨碳鋼中，W(C) =0.4%-0.70%的碳鋼占有重要地位，美國的鑄鋼火車輪就是用WW(C) =0.4%-0.70%的碳鋼制造的。2.3 超高碳共析鋼超高碳共析鋼當(dāng)屬鑄造石墨鋼，即經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，其中的一部分碳以石墨的形?析出，因而具有鑄鋼和鑄鐵的綜合性能。由于存在游離石墨，這種鋼是一種耐磨擦磨損的結(jié) 構(gòu)材料。現(xiàn)今石墨鋼多用于制造冶金軋輾，如初軋或粗軋作業(yè)的軋輾，因為少量的石墨可以 提高軋輾的抗熱裂性能和抗氧化鐵皮粘附性能。3.1 銘系抗磨白口鑄鐵銘系抗磨白口鑄鐵系列按照銘含量的多少分為低銘、中銘、高銘、鍥硬抗

9、磨白口鑄鐵。其主要零部件有磨球、襯板、錘頭，高銘渣漿泵過流件，以及高銘鑄鐵與鋼雙金屬復(fù)合鑄造襯 板、磨輾、軋輾等，為提高高銘白口鑄鐵的耐磨性和使用可靠性，在高銘鑄鐵中加3%5%勺銳,形成高硬度的VC星型碳化物。3.11 高銘鑄鐵高銘鑄鐵的耐磨性最好，應(yīng)用最廣。如中小型磨機襯板，小型破碎機錘頭和板錘，立磨 輾和磨盤等，大型磨機前配置了滾壓機后，高銘鑄鐵即可揚長避短，充分發(fā)揮其優(yōu)異的耐磨 性，襯板使用壽命可達8年以上。3.12 低銘鑄鐵低銘鑄鐵的硬度、韌性均大大低于高銘鑄鐵，主要應(yīng)用于細(xì)磨倉襯板，雖然生產(chǎn)成本 低，但應(yīng)用范圍窄，綜合性能和抗磨指標(biāo)一般。3.13 銀硬鑄鐵鍥硬鑄鐵主要應(yīng)用于立磨輾和磨

10、盤，由于其硬度韌性均遜于高銘鑄鐵，生產(chǎn)成本偏高, 已逐漸退出耐磨材料市場。3.14 中銘鑄鐵中銘鑄鐵僅用于鑄球，隨著銘含量降低，既降低了生產(chǎn)成本，又滿足球的破碎率指標(biāo), 市場中仍稱之為高銘球4.1 鎰系、硼系抗磨白口鑄鐵鈕系白口鑄鐵分中鉆（5%6%）,高裕（7%11%預(yù)類。類似的，硼系白口鑄鐵分高碳低硼 和低碳高硼兩類，采用不同熱處理工藝，得到相應(yīng)的性能，曾由日本專家提出加硼改變高銘鑄 鐵的碳化物形態(tài)，少量硼形成高硬度的硼化物，顯著提高其抗磨白口鑄鐵的耐磨性。國內(nèi)寧國 耐磨材料廠研制Cr26BW高銘耐磨鑄鐵，也取得良好效果。前蘇聯(lián)高銘鉆白口鑄鐵（215% 312%C,1210% 1510%Cr,315%r510%Mr透性可達 200mm8度 HRC6X63,可用于制造泵件和 磨機襯板。4.2 馬氏體、貝氏體抗磨球墨鑄鐵球墨鑄鐵具有優(yōu)良的力學(xué)性能，且具有良好的耐磨性和抗沖擊疲勞性能。自 20世紀(jì)40 年代研制成功以來，世界球鐵產(chǎn)量已達百萬噸以上，在汽車、農(nóng)機和建材等部門得到了廣泛應(yīng) 用。近年來許多單位研制出馬氏體基體、奧貝基體、馬貝基體的磨球、襯板，在建材、電力行業(yè)應(yīng)用取得良好效果。我國自行開發(fā)的低合金白口鑄鐵 ,成本低，性能良好，在中、小沖擊負(fù)