耐磨低合金铸钢的研制

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耐磨低合金铸钢的研制

摘要:加入稀土合金及多种合金元素研制的耐磨合金铸钢,经过热处理工艺后,硬度和韧度高,耐磨性能好,成本低,在中、低冲击功工况下是高锰钢和高铬钢的理想替代材料。
关键词:耐磨铸钢;热处理工艺;韧度;硬度
中图分类号:TG142　　文献标识码:A　　文章编号:1000-8365(2004)06-0438-02
Research on A Type of Wear-resistant Low Alloy Cast Steel
NAN Hong-yan1, ZHANG Yue-min1, ZHANG Hong-xia2
(1. Department of Machinery, Jiaozuo Insititute of Technology, Jiaozuo 454151, China; 2.Jiaozuo Center of Supervising & Testing Qual-
ity and Technology, Jiaozuo 454100, China)
Abstract:A type of wear-resistant alloy cast steel produced by adding RE and multi-alloys has high toughness,
hardness, good wear-resistant property and low cost after appropriate heat treatment. It can perfectly substitute for
high manganese steel and high chromium steel under condition of medium or low impact toughness.
Key words:Wear-resistant cast steel; Heat treatment technology; Toughness; Hardness
　　目前应用比较广泛的耐磨材料有:高锰钢、合金化白口铸铁、中锰球墨铸铁、奥—贝球墨铸铁及含稀土合金的耐磨铸钢[1]。其中稀土合金耐磨铸钢,由于具有
合金含量低、综合性能好、生产灵活、方便、价格较低等特点,已成为锤头、衬板等耐磨件材质研制的主攻方向。
1　成分设计
(1)碳其含量对钢的硬度、耐磨性、综合性能以及淬硬性都有较大的影响。碳含量低时,熔点高、流动性差,易氧化、有热裂倾向,虽然冲击韧度好,但淬硬性不高,从而使硬度低、耐磨性差;反之,则淬硬性高,而冲击韧度低,易产生裂纹和脆断现象。碳加入量w为0.40%~0.55%。
(2)硅能提高材质的屈强比,并起到固溶强化和提高钢的回火稳定性的作用[2],还有良好的脱氧能力。但是,当硅、锰、铬3种元素配比不当时,铸件的裂纹及开裂倾向增大,尤其含硅量过高时,反而使冲击韧度降低,故以0.8%~1.0%为宜。
(3)铬、锰铬是形成碳化物的元素,并能与铁形成固溶体而强化基体,提高钢的强度、硬度而不降低冲击韧度,在回火时能阻止或减慢碳化物的析出与聚积,使碳化物保持较大的弥散度。铬也有利于提高钢的回火稳定性,回火时会析出二次碳化物、分解残余奥氏体,产生二次硬化现象。锰有较强的脱硫、脱氧能力,锰和铬均能提高钢的淬透性,有利于提高钢的耐磨性。当铬含量过高时,易在钢中形成柱状晶和枝晶偏析,白口倾向增大,工艺性能差,且成本升高;锰含量过高时,钢的过热敏感性提高,导致晶粒粗大[1]。故锰的加入量w为1.0%~1.5%,铬的加入量w在1.0%~1.4%。
(4)钼在钢中与铁素体和奥氏体固溶并形成碳化物,使钢的等温曲线右移,可显著提高钢的淬透性,提高钢的强度、硬度和回火稳定性,可抵抗高温回火脆性,设计其加入量w为0.3%~0.5%。(5)稀土元素具有脱氧、脱硫、除气、细化晶粒、消除魏氏体组织和净化钢液的作用,能改善钢中夹杂物的形成和分布,使钢的韧度提高,当含量过高时会产生夹渣现象,使冲击韧度反而降低。设计稀土1#加入
量w为0.25%~0.50%。
(6)铜具有提高电极电位、增强材料的耐蚀性,尤其对湿式磨料磨损工况下的耐磨件更为重要[1],他能有效地抑制奥氏体的冷却转变速度,细化、强化基体组织。但当含量>1.5%时,会使残余奥氏体量增加,金相组织不稳定[2]。加入量w定在1.2%~1.4%。出于锤头、衬板对工况条件的考虑,在研制锤头时,以上各元素的加入量取所给范围的上限,研制衬板时以上各元素的加入量取所给范围的下限。硫、磷含量w均控制在0.04%以下。
2　研制测试
2.1　熔炼工艺
(1)采用GW-0.5 t中频感应电炉熔炼,待大部分炉料熔化后,加入碎玻璃造渣复盖钢液,取样分析并加入余料,熔清后将功率降至50%倾炉扒渣,加入称量好的铬铁、钼铁、硅铁、锰铁,熔化后另造新渣,并按测试结果调整成分;待温度达到1 580~1 610℃时,加入铜,搅拌,按1 kg/t的量插入铝条进行终脱氧;将稀土合金放在包内,出钢,温度不低于1 580℃。
(2)手工砂型铸造,浇注温度为1 520~1 560℃,浇注时注意挡渣。每炉浇注一定数量的20 mm×20 mm×110 mm试棒,试棒进行热处理后做性能检测。
2.2　热处理工艺
(1)正火:以80~100℃/h的速度升温,升至860~880℃保温4 h后空冷。目的为减少铸造应力,细化组织,为淬火做组织准备。
(2)淬火:在920℃保温2 h后,衬板油淬,锤头局部用模数为2.5~2.6的水玻璃加盐水溶液淬火,以获得马氏体为主要目的。
(3)回火:在340℃保温2 h,炉冷。目的在保证硬度的同时,获得所要求的冲击韧度。该热处理工艺中的保温时间适用于试棒,衬板和锤头的保温时间视衬板和锤头的厚度适当延长。试样的成分和力学性能经测试达到了设计的要求。其各项力学性能见表1。
其化学成分w为0. 41% ~ 0. 47% C, 0. 8% ~1.0% Si, 1.0%~1.4% Mn, 1.0%~1.4% Cr, 0.30%~0.45% Mo, 1.2%~1.4 %Cu, 0.25%~0.50% RE,≤0.04% P,≤0.04% S。
表1　新耐磨合金铸钢力学性能
Tab.1　Mechanical property of new type of wear-resistant alloy
cast steel
　　
注:1#为锤头材质,2#为衬板材质。
3　使用及分析
在70℃下磨粒湿磨条件下,新材料与ZGMn13耐磨性对比实验结果见表2。

表2　对比试验结果
Tab.2　Comparison of test result

　　通过对比实验可以看出,低合金耐磨铸钢之所以比高锰钢的耐磨性好得多的原因是:高锰钢的耐磨性需在大的冲击功的作用下产生足够的加工硬化才能表
现出他的优越性,而在较小的冲击功的工况下,由于其表层得不到足够的加工硬化,故而不耐磨。而新耐磨铸钢在经过热处理后,其硬度高于高锰钢,在较小冲击
功工况下,其耐磨性明显优于高锰钢。采用本材质生产的衬板在郑州铝厂的 2.2 m×6.5 m湿式无螺栓衬板球磨机上试用,其衬板最大厚度120 mm,最小厚度80 mm;在鸡西水泥厂 1.83 m×6.2 m球磨机衬板上试用,反馈信息:其硬度大于50HRC,冲击韧度不小于15 J/cm2,在同等工况下,使用寿命比高锰钢提高了2倍,且成本比高锰钢、高铬钢低。
4　结论
(1)新耐磨合金铸钢合金含量低,成分易得到准确控制,产品品质稳定,成本低。
(2)该材质的综合性能好,热处理后硬度>50 HRC,αK>15 J/cm2,可替代高锰钢和高铬钢制造球磨机和破碎机的耐磨零件,其寿命超过高锰钢2倍,具有明显的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]　曹瑜强,雷百战.中碳多元稀土合金耐磨钢衬板的研制
[J].热加工工艺,2003(5):48-49.
[2]　刘汉生,段守强.低合金贝氏体球铁颚板的铸造[J].铸
造,1998(10):38-39.

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顶 很好，学习了

[ 本帖最后由 s-xy9957 于 2009-5-3 05:34 编辑 ]

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张见识了，谢了