高韧性耐磨钢的研究徐志辉，宁志良，尤占云，李家好，任善之（哈尔滨科学技术大学）摘要研究了 一种高韧性耐磨钢ＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉＭｏ，对其显微组织、热处理工艺及合金元素的影响进行 了理论和实验分析，从而选定了最佳方案．实验结果表明，在同等条件下，ＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉ Ｍｏ的耐磨性为ＺＧＭｎ１３的３～５倍，完全可以代替在不能发挥加工硬化，又对韧性要求很有 的冲击磨损条件下工作的高锰钢．关键调高韧性；耐磨；铸钢；最佳方案分类号ＴＧ１４２．７２ 近几年来，我国开发研制了很多种耐磨钢”－’‘，其中，中低碳含金钢较多．在很多情况下，它 们成功地代替了高锰钢，但对强度、韧性和安全系数要求很高的零部件，现有的耐磨钢已不能满足 要求、本研究的目的在于研制一种新的高韧性耐磨钢，进一步提高低合金耐磨钢的耐磨性．１高韧 性耐磨钢的设计１．ｌ显微组织设计合理的组织为，基体以板条马氏体为主，辅以少量残余奥氏体 ．其上面分布有少量的细小碳化物硬质点，以提高耐磨性．１．２成分选择成分选择应遵循多元少 量的原则，使合金有益作用互相加强．在以往经验的基础上Ｉ‘·’Ｉ，Ｃ选择在０．３５％，Ｓ ｔ在１．２０％，Ｍｎ在０．８％为宜．合金元素以Ｃｒ，ＭｏＷ，Ｎｉ为主并进行孕育处理．试 验所选成分范围见表１．表１高韧性耐磨钢的成分范围为了研究合金元素Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｗ的 影响，选用Ｌ。（‘）正交表进行正交试验．表２为正交表及各组成分．１．３ｔａ处理工艺本试 验选择了４种热处理工艺．（ｌ）水淬十低温国火；（２）油淬十低温国火；（３）正火十水淬十 低温回人；（４）退火十水淬十低温回火．ＺＭ结果按上述设计成分进行浇注．冲击试样为：（１ ０ｘ１０ｘ５５）ｍｍ’．磨损试样的铸型为（３０ｘ５０ｘ７０）ｍｍ’．设计成分及试验结果 见表３．表２正生试验表Ｌ，（３‘）蛊３设计成分及试验结果（ａ）热处理对冲击韧性的影响（ ｂ）热处理对硬度的影响因１热处理工艺对力学性能的影响２．ｌ热处理的影响由表３可以看出， 硬度ＨＲＣ的分布范围在４４６—５６．７，冲剂部。在２２１／ｃｍ’一１０ＯＪ／’ｃｍ‘硬 度较冲击韧性易满足要求．图１为热处理工艺对力学性能的影响．为了定量地说明热处理工艺对机 械性能的影响，分别求经同种热处理的９组试样的性能数据的平均值，即这样处理可以部分地消除 合金的影响和误差干扰，更精确地看出热处理的影响．数据处理结果表明：硬度由５２．９２降低 到５０．６４，而冲击韧性却由３７．ＳＪ／ｃｍ’提高到了ｏｚ．’ｌ／ｃｍ’，可见热处理工 艺对硬度的影响不大，对冲击韧性的影响较为明显．因此，选择适当的热处理工艺，可以在硬度变 化不大的前提下，提高冲击韧性．热处理可改变合金元素存在的状态和分布．高温时，碳化物溶解 ，合金元素分布均匀，奥氏体组织完全松弛，在随后急冷过程中析出的碳化物和基体更合谐，应力 消失，在后序淬火处理时，有利于形成板条状马里体”’．同时，多次热处理时，反复地通过临界 点，晶粒变得更细小，有利于提高韧性．表４是部分结果较好的组次．２．２合金元素的影响将正 交试验结果进行处理，得出不同热处理状态下各元素对硬度和冲击韧性的影响，见图２．表４结果 较好的组次退火十水淬图２合金元素对硬度和冲击韧性的影响３最佳方案的确定利用“工程效应和 工程平均”的概念”’，找出通过改变合金元素和热处理工艺所能达到的可长期稳定生产的最佳方 案．选择正火十水淬的热处理工艺方案；最佳成分Ｃ：０．３５％，Ｓｔ：１．２％，ＣＩ：１． ０％，ＭＯ：０．２０／０，Ｎｉ：０．３％，孕育剂０２０％～０．２５０／０．其钢号为ＺＧ ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ，简称为ＺＧ３５＊．ＺＧ３５＊组织以板条状马氏体为主，加少量残余奥 氏体．其上面分布有细小碳化物硬质点．其性能为ＨＲＣ：ＳＯ—５５，。。：８５～１１０Ｊ， ＩＣｍ。，了／刀ｏ～８３０＊ｋ，民：５４ｏ～６２０＊Ｐ：，６：５．６％一７．０％，…： ６．５％一１３刀％．图３为ＺＧ３５”的显微组织图．４ＺＧ３５”的耐磨性为了研究ＺＧ３５ ”的耐磨性，以高锰钢作为对比试样，分别在不同冲击功下，在ＭＬＤ—１０型实验机上进行磨损 试验．冲击功分别取０．ＳＪ，ｌ．ＯＪ，ｌ‘ＳＪ，２．ＳＪ，３．ＳＪ．磨料为４０—７０吕 的石英砂．图４为冲击功为２．ＳＪ时的磨损形貌扫描图．图５为磨损试验结果．相对耐磨性Ｗ－ ’为ＺＧＭｎｌ３的失重与ＺＧ３５”的失重之比．Ｗｌ一面ＷＩ——ＡＷＩ——ＺＧＭｌｌｌ３ 的失重西Ｗ。——ＺＧ３５“的失重臼３ＺＧ３５”显微组织图４ＺＧ３５“磨损形貌由图５可知 ，当冲击功小于ＩＪ时，高锰钢没能充分加工硬化，硬度很低，磨损率较大．而ＺＧ３５”的硬度 较高，且冲击功较小，其耐磨性很高，约为ＺＧＭｎｌ３的３—５倍．当冲击功大于１．ＳＪ时， 高锰钢的加工硬化能力开始发挥出来，其硬度上升而磨损下降．当冲击功为３．ＳＪ时，高锰钢的 加工硬化发挥比较充分，显示出了ＺＧＭｎｌ３的优势，其耐磨性约为ＺＧ３５”的２倍．对于一 般工作条件下，锤头所受的冲击功远小于１．ＳＪ，衬板所受冲击功远小于０．ＳＪ，冲击板所受 冲击功小于１．０）．在这些情况下，ＺＧ３５”完全可以替代ＺＧＭｎｌ３；提高抗磨件的使用 寿命．５结论１）新研制的ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ．采用正火十水淬的热处理工艺．基体组织 为板条状马氏体十少量残余奥氏体；２）新研制的ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ其性能为ＨＲＣ为５ ０—５５，。。＞７０）／ｃｍ’，。。为７０～８３０ＭＰａ，ａ。为５４０—６２０ＭＰａ； ３）在冲击磨损条件下（冲击功小于１．ＳＪ），ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ的耐磨性为ＺＧＭｎ ｌ３的３—５倍，可以替代那些在不能充分发挥加工硬化而耐磨性又很高的条件下工作的高锰钢． 冲击功厂①ＥＧＭｎ１３的加工硬化扶１线②ＺＧ３５”的失重③ＥＧＭｎ１３的失重④相对耐磨 性图５磨损试验结果参考文献｜｜１丁德全．低合金抗磨钢的合金化．铸造，１９８９．（５）２ 郑百才．水泥磨机衬板的选材．机械工程材料，１９９２．（２）３董建民．低合金耐压钢的合金 化．机械工程材料，１９９０．（３）４ＢｈａｔＭＳｅｔａｌ．ＷｅａｒａｎｄＦｒａｃｔｕｒ ｅＰｒｅｖａｔｉｏｎ．ＡＳＭ，１９８１：４７５汪剑国．ＺＧ３２ＳｉＭｏＢＲＥ耐磨钢的研 究．机械工程材料．１９８６，（３）６徐祖耀．马氏体相变与马氏体．北京：科学出版社，１９ ８０７北京大学数学力学系数理统计组．正交设计法．北京：石油化工出版社，１９７８Ｒｅｓｅ ａｒｃｈｏｆＨｉｇｈＴｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄＷｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔＣａｓｔＳｔｅ ｅｌ￥ＸｕＺｈｉｈｕｉ；ＮｉｎｇＺｈｉｌｉａｎｇ；ＹｏｕＺｈａｎｙｕｎ；ＬｉＪｉａｈａ ｏ；ＲｅｎＳｈａｎｚｈｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｈ－ｔｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄｗｅａｒ －ｒｅｓｉｓｔｅｎｔｃａｓｔｓｔｅｅｌＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉＭｏｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔ ｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｍｏｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ ｅ，ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄａｌｌｏｙｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅａｎａｌｙｓｅ ｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｂｅｓｔｔｅｃｈ ｎｉｑｕｅｉｓａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｐｏｔｉｅｓｏｆＺＧ３５ＣｒＭｎＮ ｉＭｏａｒｅＨＲＣ５０～５５，αｋ≥７０Ｊ／ｃｍ２．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎ，ｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉＭｏｉｓ３～５ｔｉ ｍｅｓａｓｔｈａｔｏｆＺＧＭｎ１３．ＩｔｃａｎｒｅｐｌａｃｅＺＧＭｎ１３ｗｈｅｒｅｔｈ ｅｒｅｉｓｎｏｗｏｒｋ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇｂｕｔｈｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓｉｓｄｅｓｉ ｒｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｗｅａｒ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｃａｓｔｓｔｅｅｌｔｈｅｂｅｓｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（审稿： 王续宝教授级高级工程师；编 辑：高长福）高韧性耐磨钢的研究@徐志辉，宁志良，尤占云，李家好，任善之$哈尔滨科学技术 大学高韧性；耐磨；铸钢；最佳方案研究了一种高韧性耐磨钢ＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉＭｏ，对其显 微组织、热处理工艺及合金元素的影响进行了理论和实验分析，从而选定了最佳方案．实验结果表 明，在同等条件下，ＺＧ３５ＣｒＭｎＮｉＭｏ的耐磨性为ＺＧＭｎ１３的３～５倍，完全可以代 替在不能发挥加工硬化，又对韧性要求很有的冲击磨损条件下工作的高锰钢．１丁德全．低合金抗 磨钢的合金化．铸造，１９８９．（５）２郑百才．水泥磨机衬板的选材．机械工程材料，１９９ ２．（２）３董建民．低合金耐压钢的合金化．机械工程材料，１９９０．（３）４ＢｈａｔＭＳ ｅｔａｌ．ＷｅａｒａｎｄＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｅｖａｔｉｏｎ．ＡＳＭ，１９８１：４７５汪 剑国．ＺＧ３２ＳｉＭｏＢＲＥ耐磨钢的研究．机械工程材料．１９８６，（３）６徐祖耀．马氏 体相变与马氏体．北京：科学出版社，１９８０７北京大学数学力学系数理统计组．正交设计法． 北京：石油化工出版社，１９７８的优势，其耐磨性约为ＺＧ３５”的２倍．对于一般工作条件下 ，锤头所受的冲击功远小于１．ＳＪ，衬板所受冲击功远小于０．ＳＪ，冲击板所受冲击功小于１ ．０）．在这些情况下，ＺＧ３５”完全可以替代ＺＧＭｎｌ３；提高抗磨件的使用寿命．５结论 １）新研制的ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ．采用正火十水淬的热处理工艺．基体组织为板条状马氏 体十少量残余奥氏体；２）新研制的ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ其性能为ＨＲＣ为５０—５５，。。＞７０）／ｃｍ’，。。为７０～８３０ＭＰａ，ａ。为５４０—６２０ＭＰａ；３）在冲击磨损条件下（冲击功小于１．ＳＪ），ＺＧ３５ＣｒＭｎＮＩＭｏ的耐磨性为ＺＧＭｎｌ３的３—５倍，可以替代那些在不能充分发挥加工硬化而耐磨性又很高的条件下工作的高锰钢．冲击功厂①Ｅ
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