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高强度马氏体耐磨钢中各元素作用

来源:未知 佚名 2018-10-19 浏览
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  机械零件的失效中,约有80%是由于各种形式的磨损引起或诱发的。磨损失效既造成大量的资源浪费,还可能直接造成巨大的经济损失。机械零件不仅要求具有较高的耐磨性,而且必须具备较高的冲击韧性,这样才能满足现代机械工程的需要。因此,结合现代轧制工艺开发新一代马氏体组织耐磨钢,制备出高强度高韧性的低碳微合金耐磨材料是减少机械零件失效的重要途径。
 
  根据耐磨钢的性能要求,设计合理的耐磨钢化学成分,采用中C、低Mn、Si、Nb、Ni、Cr、Mo、V、B等元素进行合金化,使钢通过淬火后具有较高的硬度和足够的塑性、韧性,确保材料具有良好的淬透性、淬硬性以及耐磨性能。耐磨钢中各元素的具体作用如下:
 
  碳。碳是影响耐磨钢强度、硬度、韧性及淬透性的重要元素,也是影响钢显微组织最为重要的元素。随着碳含量增加,钢的硬度增加,冲击韧性显著下降,耐磨性逐渐提高。
 
  锰。锰和铁形成固溶体,提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度,强烈增加钢的淬透性,淬火后易得到马氏体组织。由于锰的强化作用,使基体和碳化物得以强化,从而提高了刚度和硬度。
 
  硅。硅是以固溶体形态存在于奥氏体中,可以提高钢中固溶体的强度,从而提高钢的耐磨性能,但硅含量过高将显著降低钢的塑性、韧性和延展性。
 
  铬。铬有利于钢的固溶强化并适宜碳化物的形成,进而提高钢的高温强度、硬度和耐磨性等。铬增加钢的淬透性,尤其与锰、硅合理搭配能大大提高淬透性,但同时也增加钢的回火脆性倾向。
 
  镍。镍是形成和稳定奥氏体的主要合金元素,加入一定的镍可提高淬透性,使钢的组织在常温下保留少量残余奥氏体,以提高其韧性。
 
  钼。钼在低合金耐磨钢中能够有效地细化组织,防止回火脆性的发生,在热处理时能强烈抑制奥氏体向珠光体转变,稳定热处理组织,改善冲击韧性。
 
  硼。微量硼可吸附在奥氏体晶界上,降低晶界的能量,提高钢的淬透性,可在锰的配合下获得空冷贝氏体钢。
 
  钛、钒。微合金化元素钛、钒均是通过细化晶粒和沉淀强化提高强度,但每种元素的作用机理及强化程度不同。微合金元素的复合加入被证明对钢的性能影响比单个元素加入要大得多,这是由于元素之间相互作用的结果。
 
  通过优化耐磨钢的化学成分设计,充分考虑各合金元素之间的相互作用,得到了两种强度等级的马氏体耐磨钢材料。初步研究结果表明,这两种细化的马氏体板条组织可以在控轧控冷两阶段轧制过程中获得,简化了工艺,两种组织没有明显的区别。
 
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