热轧中锰马氏体耐磨钢的冲击磨损行为

 利用MLD-10型动载磨料磨损试验机,系统研究了热轧中锰马氏体耐磨钢在1、2.5和5 J冲击能量作用下的冲击磨料磨损行为,并与Hardox450钢进行了比较。借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和布氏硬度计等设备分析了试验钢的组织、力学性能及磨损表层、亚表层,并探讨了其磨损机制。研究结果表明,试验钢的显微组织为板条马氏体,与Hardox450钢相比,其布氏硬度更高,-40 ℃下的冲击吸收能量更低,分别为503HB和15.3 J。相同工况条件下,试验钢的磨损失重明显小于Hardox450钢,且基于有效磨损时间修正后的磨损率均随着冲击能量的升高,呈现出先增大后减小的趋势。当冲击能量为2.5 J时,磨损率最大,磨损失重量最多。原因在于,冲击能量较低时,试验钢的磨损主要以犁沟为主,并伴随着少量的磨粒嵌入,磨损失重较少;当冲击能量为2.5 J时,磨损表面的切削加剧,且塑性变形造成大量磨粒嵌入基体,导致应力集中,并在反复冲击过程中产生疲劳裂纹,随后扩展至试验钢表面,形成疲劳剥落,磨损亚表层出现明显剥落坑,失重显著增加;当冲击能量为5 J时,磨损表面塑性变形增加,加工硬化显著,疲劳磨损占据主导,磨损表面硬度较高,犁沟和磨粒嵌入较少,磨损亚表层更为平整均匀,失重反而减少,磨损率下降。     

逆相变退火处理Fe-Mn-C中锰钢的组织与性能

 为了研究奥氏体逆相变(austenite reverse transformation,ART)退火处理对Fe-Mn-C中锰钢的组织与性能的影响,以ART退火处理1、10和360 min后Fe-5Mn-0.2C中锰钢为基础,利用XRD、SEM等手段对其显微组织进行表征,通过WE-300型拉伸试验机和ML-10型销盘式磨料磨损试验机对其拉伸性能和耐磨性进行测试。结果表明,ART退火过程中,残余奥氏体在原奥氏体板条之间形核并长大,原始马氏体组织逐渐转变为铁素体-奥氏体板条交替分布的复合组织。随着ART退火时间的延长,残余奥氏体体积分数增加(由18.4%提高到 33.6%),Fe-5Mn-0.2C钢的综合力学性能和耐磨性随着残余奥氏体体积分数的增加而显著提高,强塑积由25 613提高到44 496 MPa·%,其耐磨性与目前广泛应用的ZGMn13耐磨钢、Hardox450耐磨钢和中碳马氏体耐磨钢相当。     

新型马氏体钢冲击磨料磨损性能及磨损机制的研究

在MLD-10型冲击磨料磨损试验机上研究了1．5J冲击能量下ADVANS450W和ADVANS600W两种马氏体钢的冲击磨料磨损性能。采用IAS8．0软件定量计算了磨损面SEM图像中各种形貌的面积，每种形貌的面积大小直接反映相应磨损机制在磨损过程中所起作用的大小。结果表明，ADVANS450W钢和ADVANS600W钢在1．5J冲击能量下的磨料磨损性能均优于ZGMn13钢；两种钢的磨损机制均为磨料嵌入、塑变疲劳和犁削，且均以犁削为主；随着材料硬度的提高，磨料嵌入和塑变疲劳减少，犁削增加。     

0.9C-9Mn-2Cr-Mo中锰耐磨钢的冲击滚动复合磨损性能

通过M2000多功能摩擦磨损试验机研究0. 9C-9Mn-2Cr-Mo中锰钢和Hardax400(0. 22C-1.6Mn-1.4Cr-Mo)以及Hardex500(0.27C-1.0Mn-0.94Cr-Mo)耐磨钢的冲击和滚动复合摩擦磨损性能,并利用XRD、SEM和TEM等分析了组织转变及磨损机理。实验结果表明,热轧中锰钢比Hardox马氏体耐磨钢表现出更好的抗冲滚磨料磨损性能。中锰钢冲滚磨损表面存在厚度达1000μm的硬化层,最高显微硬度达HV490,洛氏硬度达HRC53。中锰钢磨损机制以凿削破坏为主,伴随局部的疲劳剥落破坏;位错强化、形变孪晶和马氏体相变是中锰钢硬化和抗磨损性能改善的主要原因。     

变质系列锰钢耐磨性的研究

研究了变质系列锰钢的耐磨性与磨面硬度、磨面组织、主要磨损机制及磨损部击功之间的关系。结果表明，不同成分变质锰钢的耐磨性与磨损冲击功之间呈抛物线关系，耐磨性峰值的位置随锰含量的降低而向较低磨损冲击功方向移动；与耐磨性峰值对应存在着一个“最佳磨面硬度范围”和“适配冲击功范围”，在此范围内材料的耐磨性最高，主要磨损机制为显微切削＋浅小凿坑＋轻微剥落；钢中形成适量的形变诱发马氏体有利于耐磨性的提高。     

氮碳锰对介稳奥氏体锰钢加工硬化性能的影响

研究了氮，碳，锰对介稳奥氏体锰钢在冲击磨损条件下加工硬化性能的影响。结果得出。根据位错，层错和晶内孪晶，马氏体，析出物量对该钢加工硬化性的影响。降低1.5C-12.7Mn钢中碳，锰含量和加氮有利于提高介稳奥氏体锰钢的加工硬化性能。     

薄板坯连铸连轧低合金耐磨钢磨料磨损特性

 研制了30CrMo,50CrV4两种牌号的薄板坯连铸连轧低合金耐磨钢板,对试验钢板进行淬火和低温回火热处理,并且与传统热轧工艺生产的热轧态的45,16Mn,Q235钢对比进行低应力磨料磨损试验,研究其磨损特性。结果表明,淬火低温回火态薄板坯连铸连轧30CrMo,50CrV4钢的相对耐磨性都达到了热轧Q235钢的1.6倍以上。在低应力磨料磨损下,显微切削机制为主要磨损机制,淬火回火态薄板坯连铸连轧低合金耐磨钢具有高硬度因而具有较好的耐磨性能,并在试验钢板硬度高于450HBW以后相对耐磨性明显提高。对比两种牌号的薄板坯连铸连轧低合金耐磨钢的显微组织、硬度、韧性及耐磨性能,30CrMo钢的综合性能较好。50CrV4钢耐磨性能较好,但其冲击韧性较低。     

TiC颗粒强化型马氏体耐磨钢的性能研究

采用模铸、连铸两种工艺工业化试制一种TiC颗粒强化型马氏体耐磨钢,分析了TiC颗粒的析出规律,对比研究了试验钢与传统马氏体耐磨钢的组织、力学性能及耐磨性能。试验结果表明:凝固速度越大,TiC析出相越细;轧制压缩比越大,颗粒分布越均匀;TiC颗粒强化马氏体钢强度与传统马氏体钢相当,韧性有所降低;微米级的TiC可以有效提高材料的磨粒磨损性能,试验钢磨损失重仅为同等硬度传统马氏体钢的70%;耐磨性能的提高主要是因为在磨粒磨损条件下,微米级TiC硬质点可以破碎磨砺、钝化尖角、阻断磨痕。     

二次碳化物对马氏体钢三体磨料磨损性能的影响

在低速，碾磨式三体磨损系统中，使用不同粒度的石英砂及玻璃砂磨料，研究了马氏体钢中二次碳化和对其磨损特性的影响。研究结果表明：弥散分布的二次碳化物虽然可增加钢的的硬度，但由于“尺寸效应”不能提高钢的切削磨损抗力，而有利于其塑变疲劳磨损抗力的改善。二次碳化物对马氏体钢三体磨损特性的影响是随磨料硬度，磨粒尺寸等系统参数的变化而变化的。     

硬度和组织对碳素钢耐磨性的影响

选择工业纯铁和三种碳素钢(20~#、65Mn、T8A)的不同热处理状态进行了销-盘式磨料磨损试验和球磨试验,结结表明:纯铁和碳素钢的正火组织试样,其耐磨性与磨后表面硬度成线性关系,但经热处理后的试样则不符合线性关系。低碳钢板条马氏体耐磨性较高,高碳钢以下贝氏体耐磨性为好。在球磨条件下试样的加工硬化对耐磨性没什么影响。     

马氏体钢耐磨性与亚表层硬度分布的关系

选用２０Ｃｒ，４０ＣｒＳｉ，６０Ｍｎ，Ｔ８和Ｔ１０钢，通过热处理获得不同固溶碳量马氏体，研究在静载三体磨粒磨损后，上述五种钢耐磨性与其亚表层硬度分布的关系，结果表明，马氏体钢耐磨性与亚表层硬度分布的关系与共马氏体固溶碳量有关。     

Microstructure and Abrasive Wear Behavior of Medium Carbon Low Alloy Martensitic Abrasion Resistant Steel

The effect of processing parameters such as hot rolling and heat treatment on microstructure and mechanical properties was investigated for a new 0.27mass% C and Ni,Mo-free low alloy martensitic abrasion resistant steel.The three-body impact abrasive wear behavior was also analyzed.The results showed that two-step controlled rolling besides quenching at 880℃and tempering at 170℃could result in optimal mechanical property:the Brinell hardness,tensile strength,elongation and-40 ℃impact toughness were 531,1 530 MPa,11.8% and 58J,respectively.The microstructure was of fine lath martensite with little retained austenite.Three-body impact abrasive wear results showed that wear mechanism was mainly of plastic deformation fatigue when the impact energy was 2J, and the relative wear resistance was 1.04times higher than that of the same grade compared steel under the same working condition.The optimal hardness and toughness match was the main reason of higher wear resistance.     

含钛中锰钢淬火-配分组织及力学性能

 为了研究淬火-配分含钛中锰钢的组织与力学性能,借助扫描电子显微镜,透射电子显微镜、电子背散射衍射技术与万能拉伸试验机、磨粒磨损试验机等,分析与测试了含钛中锰钢在165~240 ℃淬火380 ℃配分处理后组织、强度、塑性与磨粒磨损性能。结果表明,试验钢淬火-配分组织主要为板条状一次马氏体、块状二次马氏体及残余奥氏体,同时含有大量微米级TiN和纳米级(Ti,Mo)C及TiN-(Ti,Mo)C复合析出相。190 ℃淬火380 ℃配分后残余奥氏体体积分数最高为12.5%。试验钢不同温度淬火与配分后屈服强度均大于1 000 MPa,抗拉强度均大于1 500 MPa,硬度从482.5HV增大到542.2HV,伸长率范围为9.2%~14.5%,在165~190 ℃淬火-配分处理后其抗磨粒磨损性能优于220~240 ℃淬火-配分钢。磨损机制主要是塑性变形和疲劳破坏,磨损过程中残余奥氏体发生应变诱导马氏体相变(TRIP)效应,析出相颗粒阻断基体塑性变形过程犁沟的前进和刮削行为,含钛中锰钢通过淬火-配分引入一定体积分数的残余奥氏体,有利于提高钢的强塑性与抗磨损性能。结合力学性能指标,含钛中锰钢最佳淬火-配分工艺为900 ℃奥氏体化30 min,190 ℃淬火,380 ℃配分10 min。     

胞状碳硼化物对中锰钢耐磨性的影响

本文对奥氏体中锰钢、钒强化含胞状碳硼化物奥氏体中锰钢和钛强化含胞状碳硼化物奥氏体中锰钢在高应力和低应力条件下相对耐磨性进行了测定。结果表明,在低应力叶片式磨料磨损条件下,两种含硼中锰钢的相对耐磨性显著高于奥氏体中锰钢;而在高应力的冲击式磨料磨损条件下,前者的相对耐磨性则明显低于后者。结果说明,引起三种钢耐磨顺序的变化的主要原因是低应力条件下的磨损机制与高应力条件下的磨损机制不同。低应力下以表面疲劳剥落为主,高应力下以犁削,脆断为主。本文的试验结果也说明在低应力条件下以钛代钒来强化胞状硼化物,可获得更高的耐磨性和更大的经济效益。     

深冷处理对NM500耐磨钢性能与磨损行为的影响

以一种自行设计的NM500级别耐磨钢为研究对象,利用冲击磨损试验,分析了深冷处理对其组织性能和磨损行为的影响。结果表明,NM500耐磨钢经深冷处理后,抗拉强度、硬度和冲击韧性均有提高,在淬火+深冷+回火处理后,最佳的综合力学性能可达抗拉强度1 910 MPa、硬度523HB、冲击韧性24.3 J/cm2,此时试验钢组织主要为马氏体,有Nb和Ti的碳化物析出。深冷处理通过残余奥氏体向马氏体转变,减少了不稳定相的含量,提升了试验钢的力学性能,从而使淬火+深冷+回火处理后的试验钢具有更高的耐磨性,此时的磨损机制以磨粒磨损为主,磨损形貌主要为犁沟、犁皱。而未经深冷处理的淬火+回火处理试验钢磨损机制以黏着磨损为主,磨损形貌主要为剥落坑和切削。     

Effect of heat treatment process on impact wear property and mechanism of SKD11 steel

The microstructure, mechanical property, phase of SKD11 steel after vacuum heat treatmentor deep cryogenic heat treatment were studied by means of OM, hardness tester, impact tester and XRD.The impact wear properties of SKD11 steel under the two heat treatments were tested by MLD- 10 dynamic load- bearing wear tester. The impact wear mechanism was also analyzed. The results show that the microstructures of SKD11 steel after the two heat treatmentsare composed of tempering martensite, retained austenite and carbide. The hardness after cryogenic treatment is 1HRC higher than that of the vacuum treatment and impact toughness decreases lightly. Under impact wear conditions, the weight loss of the sample during deep cryogenic treatment is lower than that of the vacuum treatment, which shows better wear resistance. In the studied wear time, the wear mechanism of the sample after vacuum treatment is high stress surface fatigue and abrasive wear, and the wear mechanism of the sample after cryogenic treatment is slight abrasive wear.