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第十三章低合金耐磨铸钢
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一、概述
低合金耐磨铸钢是20世纪60年代以后发展起来的一种耐磨材料,这种钢以废钢为主要原材料,添加少量合金元素,铸造成型,并经适当热处理,获得良好强韧性,满足不同使用要求,而且有相当大的发展潜力和广泛应用前景。
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二、低合金耐磨钢的优点
1、较高的硬度与耐磨性
低合金钢的硬度主要决定于钢的含碳量与热处理工艺。低合金钢的硬度高于水韧处理后高锰钢的硬度,因而具有较高的耐磨性。
2、良好的韧性和脆断抗力
低合金铸钢在硬度大于HRC60的前提下,冲击韧性可达20—40J/cm,低于高锰钢但优于各类铸铁。低合金钢具有良好的硬度与韧性的综合性能,而且通过改变化学成分与热处理工艺可以得到不同的性能
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3、较高的淬透性
中、高碳低合金钢通过适当的合金化,具有很高的淬透性,能使200mm厚的钢截面淬透,或使一定厚度截面的零件空冷,可获得马氏体组织,以减少工件淬火时的变形与开裂。
4、良好的工艺性
低合金钢可根据工件的使用要求与工厂的生产条件,采用最合理的生产方式与工艺。如铸,锻、轧,焊和机加工等,也可采用复合工艺。
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5、较好的经济性
低合金钢中常加元素如Si,Mn,B和稀土等,适当加入Cr,Mo,V,Ti,Ni等合金元素,同时合金元素加入量也少。易于推广与发展。成本低,经济效益高。
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三、低合金钢的成分设计基本原则
根据磨损理论,耐磨性不是单纯的物理量,在一定工况条件下,与材质本身的强度、硬度、塑性、韧性等有关,要想提高耐磨性,就要提高材质的综合机械性能。既要保证足够韧性,又要具备较高硬度。为了使低合金耐磨钢获得上述性能,则要通过合理的成分设计和适当的热处理来保证,对低合金钢的成分设计基本原则是微量多元化,并注意结合资源特点,主要元素有;碳、锰、硅、铬、钼、硼和稀土等。
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碳及合金元素的作用
碳
钢中的含碳量主要决定于零件的工况条件。
低碳钢(%~%C)淬火后获得低碳板条马氏体组织,其韧性高,并具有适当的硬度(HRC40~50),适用于要求韧性高,耐磨性较低的工件。
高碳钢(0。6%~%C)淬火后的显微组织以片状孪晶马氏体为主,硬度高(HRC≥60),脆性大,适用于要求耐磨性高、韧性较低的工件。
中碳钢(%~%C)淬火后是混合型马氏体组织,适用于要求较高耐磨性和足够韧性的工件。
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锰
锰在钢中一部分溶于固溶体,另一部分形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C,其主要优点是显著提高钢的淬透性,一般含量小于2%。锰还降低Ms点,淬火组织中残余奥氏体增多。锰的不利影响是增加钢的过热敏感性,易使钢的晶粒粗化。另外还增加钢的回火脆性。
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硅
硅在钢中只溶于固溶体,不形成碳化物,使铁素体固溶强化,并能提高钢的回火软化抗力,推迟第一类回火脆性。%,硅含量过高会降低钢的塑性和韧性,提高韧-脆性转变温度,增加钢的脱碳倾向。
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铬在钢中既能溶于固溶体,又能形成碳化物。铬能使固溶体强化并提高钢的淬透性和回火稳定性。低合金钢中含铬量一般小于2%(最高可达4%)。其主要缺点是增加钢的回火脆性。
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