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高硬度耐磨鋼板的種類及其合金成分

時間:2015-06-18 07:05來源:未知 作者:admin 點擊:
  

1高硬度耐磨鋼板的種類
金屬材料仍然是耐磨零件的基本材料,通過對各種合金進行加工合成和熱處 理可以改變金屬內部的顯微結構,形成不同的相組成,滿足耐磨性能的使用要求。 高硬度耐磨鋼板種類繁多,大體上可分為高錳耐磨鋼板,中、低合金耐磨鋼板,鉻鉬硅錳鋼 等。一些通用的合金鋼如馬氏體不銹鋼、軸承鋼、合金工具鋼及合金結構鋼等也可 在特定的條件下作為耐磨材料使用。由于這些材料性能優良,在耐磨鋼板的使用中 占有一定的比例。

圖(1)高錳鋼耐磨鋼板,錳含量達到13
1. 1 高錳耐磨鋼板
高錳耐磨鋼板含C 0. 9%?1. 3%,含Mn 11%?14%,是一類傳統的耐磨鋼板,經水韌處理后可獲得單一的奧氏體組織,具有優良的韌性,抗沖擊后形成馬氏體,又 具有很高的耐磨性。常用耐磨高錳鋼的化學成分及力學性能見表8-1。
表1常用Mn13耐磨鋼板的化學成分及力學性能

  化學成分(質量分數)/% 力學性能
牌號 C Mn Si S P 抗拉強 度/MPa 屈服強 度/MPa 伸長率
/%
斷面收
縮率/%
沖擊 功/J 硬度
HB
ZGMnl3-l 1. 1 ~1.5   0.3 ~   0. 09            
ZGMnl3-2 1.0-1.4 11 ~14 1.0 0.05 343 ~ 294 ~ 0.5-5 0~2 9. 8~ 200-
ZGMnl3-3 0.9 ~ 1.3 0. 3 ~ ≤0.08 392 490 29.4 300
ZGMnl34 0.9 ~ 1.2   0.8   0.07            
提高高錳鋼中的C含量可提高耐磨性,但韌性降低,裂紋敏感性增大。Mn元素能夠起到擴大7相區、穩定奧氏體的作用。Mn含量的選擇主要取決于碳含量 及零件的使用條件,適當控制Mn/C比,以保證獲得奧氏體組織。Mn/C比一般控制在9?11。對于耐磨性要求較高、沖擊軔性要求較低、形狀不復雜或薄壁的零件,碳含量1.2%?1.3%,Mn含量11%?14%,Mn/C比取低值。而對于沖擊韌性 要求較高,耐磨性要求較低、形狀復雜或壁厚的零件,碳含量可選用0.9% ~ l.l%,Mn含量10%?13%,Mn/C比可適當提高。
Si能提高耐磨高錳鋼中固溶體的硬度和強度,對提高鋼的冷作硬化能力的作用較強,因而可提高鋼的耐磨性。但高錳鋼中Si含量較高時,容易出現晶界碳化物,影響使用壽命。
耐磨高錳鋼中盡量降低P含量。因為P在高錳鋼中的溶解度很低,當鋼中P 含量較高時,將沿晶界析出易溶的共晶磷化物,使力學性能和耐磨性降低,零件開 裂傾向顯著增大。磷化物的出現與鋼中C含量有關,C含量越高、P含量應越低。 降低P含量,可提高高錳鋼的塑性、韌性和耐磨性。
根據不同用途和要求,還發展了一些其他耐磨高錳鋼品種,如低磷、低硫以及向鋼中加入Cr、V等元素,以提高高錳鋼的耐磨性。這些髙錳鋼的化學成分和力學性能見表8-2。
表2特殊耐磨高錳鋼的化學成分和力學性能
  化學成分(質量分數)/% 力學性能
序號 C Mn Si S P Cr V 抗拉強度 /MPa 伸長率
/%
硬度
HB
1 0.9 ~ 1.2 ,11-14 0.8 0.04 0.07 735 35 170
2 0.9-1. 3 0.8 0.04 0.05 1.5 -2. 5 735 35 170 - 223
3 1.0-1.4 10-13 0.8 0.04 0.07 2. 0-3.0 0.4 ~0.7 735 20 212
4 1.9-1.4 0.05 0• 12 833 -990 40 ?60 185 ~220
 

1.2 中、低合金耐磨鋼板
中、低合金耐磨鋼板中通常含Si、Mn、Cr、Mo、V、W、RE等元素,有低碳低合金 鋼、中碳鋼和中碳低合金鋼、高碳低合金鋼。其中低碳低合金鋼主要有 14MnM〇VB、20Mn、20CrM等,用于要求有一定焊接性的耐磨構件,如礦用載重車 廂、輸煤槽、洗煤設備、齒輪等。
Mn含量較高的優質碳鋼,如35Mn、40Mn、45Mn等,可用于制造齒輪、軸類以 及拖拉機、推土機的驅動輪、導向輪與履帶板等。錳鋼、硅錳鋼和鉻錳硅鋼也常用 于耐磨場合,如40Mn2、42SiMn可用于制造軸類零件、鏟車鏟刀、礦用取料機斗口
板等。
對于耐磨性要求高的零件,可采用高碳低合金鋼,如50Mn2B、CrWMri等,用于 制造柴油機的柱塞泵噴油嘴、鑿巖機的活塞。鉻錳硅鉬、鉻錳鉬系低、中合金耐磨 鋼常用于制造球磨機襯板。

圖(2)低碳低合金耐磨鋼微觀組織    ×500
常用中、低合金耐磨鋼板的化學成分及應用見表3。
表3中、低合金耐磨鋼板的化學成分及應用

牌號 化學成分(質量分數)/% 應用范圍
C Mn Si S
(不大于)
P
(不大于)
Cr 其他
ZG40SiMn 0.35 ~ 0.45 1.2 ~ 2.0 0.7 ~
1. 1
0.03 0. 03 直徑小于2. 4m的球磨機 襯板
ZG30CrMnSi
MoTi
0.28 ? 0.35 1.2~,
1.7
0. 8~ 1.2 0.05 0.05 1.0 ~ 1.5 Mo 0. 25
Ti 0. 06 ~0. 12
直徑小于3.2 m的濕式 球磨機襯板,水泥磨機襯板
ZG30Cr2Mn
SiMoTi
0. 28 ~ 0.35 1.2~
1.7
1.2?
1.6
0.05 0.05 1.8~
2.2
Mo 0. 25
Ti 0. 06 ~0. 12
直徑大于3.2 m的濕式 球磨機襯板,水泥磨機襯板
ZG40CrMnSi
MoRE
0. 35 ~ 0. 45 0• 8 ~ 1.6 0.8 ~ 1.2 0.05 0.04 0. 8 ~ 1.5 Mo 0. 3 ?0. 5
RE 0. 03 ~0. 08
電廠磨煤球磨機襯板
ZG42CrMn2
SiMo
0. 38 ~ 0. 45 1.5 ~ 1.8 0.9~
1.5
0.04 0.04 0.9~
1.4
Mo適量 直徑小于3.2m的濕式球磨 機襯板,礦石硬度中等以下
ZG60CrMn
MoCuRE
0.55 ~ 0.65 0. 8 ~ 1.2 0.04 0.04 1.0~
1.5
Mo 0• 3 ?0• 5 RE 0.04-0. 08 電廠磨煤球磨機襯板
ZG85Ci6Mn
SiMoCu
0.7? 1.05 1.0~
1.3
0. 8~ 1.2 0. 05 0. 05 5.0~
7.5
Mo < 0. 5 Cu<1.0 直徑大于3.5 m的水泥 磨機筒體襯板
50Mn2B 0.45 ~ 0.6 2.2~
2.8
1.0 0.07 0.04 B 0. 0005 軋制成直徑小于60 him 的磨球,比碳素鋼球耐磨性 提高2倍
45Mn2 0.45 2.0 制作直徑60 ~ 100 mm的 水泥磨機用磨球
CrWMn 0.9~ 1. 1 0•8 ~ 1. 1 0. 1 ~ 0.3 0. 03 0.03 0.9 ~ 1.2 W 1.2-1.6
40Cr 0. 38 ~ 0. 43 0.4~
0.9
0. 15 ~ 0.5 0.04 0.04  ~ 0.7~0.9 —— 制作直徑5 ~ 8 mm磨球
 
1.3 高碳高合金鋼
高碳高合金鋼主要用于耐磨性要求很高的零件,例如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 鋼,用于制造切削工具、重負荷柴油機噴油嘴的油針等。
通過向高碳髙合金鋼中添加提高淬透性的合金元素,能夠得到馬氏體組織,獲 得較髙的硬度。如Si-Mn-Cr-Mo-Ni馬氏體耐磨鑄鋼,化學成分(質量分數)為:C 0.4% ?0.6%,Mn 1.3% ?1.5%,Si 0.7% ?1.0%,Cr 0.7% ~ 0.9%,Mo 0.25% ~0. 75%,Ni 1. 5%。這種鋼具有很強的淬透性,厚度為125 mm的鑄件,空冷時能 夠得到馬氏體,可用于厚大抗磨件。其硬度遠超過珠光體耐磨鋼板,且具有一定的韌 性,能適應沖擊磨損的使用條件。
鉻鉬釩錳鋼、高碳鉻鉬釩錳鋼在用于制造水泥磨機粗磨倉襯板時表現出 較高的耐磨性。在較高溫度(例如200?500℃)的磨料磨損條件下工作的工 件或由于摩擦熱使表面經受較高溫度的工件,可采用鉻鉬釩、鉻鉬釩鎳或鉻鉬釩鎢等合金耐磨鋼板,這類鋼淬火后,經中溫或高溫回火時,有二次硬化效應。 美國很多大中型球磨機的襯板都用鉻鉬硅錳或鉻鉬鋼制造,而大多數磨球都 用高碳的鉻鉬鋼制造。
1.4 耐磨合金
工業生產中采用的耐磨合金從化學成分上大致可分為鐵基合金、鎳基合金和 鈷基合金三類。耐磨合金制造的工件,除承受磨料磨損、金屬與金屬接觸導致的粘 著磨損及其他類型的磨損外,還要經受介質腐蝕和髙溫氧化作用。這些腐蝕產物 和氧化物在接觸工件而產生相對運動的過程中脫離基體金屬,對工件也形成磨料 磨損。耐磨合金的合金元素含量一般較高,尤其是鈷基合金和鎳基合金。因此,生 產中為了節約合金資源和提高經濟效益,常在普通結構件上堆焊或噴涂一層耐磨 合金或者用其他表面硬化工藝加上合金層。
耐磨合金一般用于在空氣或低潤滑液體中工作的耐磨工件,如石油化工設備、噴氣機、內燃機、葉片、活塞等。表8-4列出幾種耐磨合金的化學成分。
表4幾種耐磨合金的化學成分
合金類型 合金系 化學成分(質量分數)/% 耐磨層硬
C Mn Si Cr Ni Mo W 其他 余量 度HRC
鐵基合金 W9B 1.5 ~ 3.5           8 ~10 ≤1. 0   ≥50
Ci4Mo4 2.5 ~ 3 ~5 3.5-5 Fe ≥55
Ci5Wll 4.5
≤3.0
4~6 8.5 ~ 14   ≥60
W45MnSi4 1.5 ~
3.0        1.5?
4.0
≤2.0 ≤4.0       40-50     ≥60
W60 ≤3.0 ≤4.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤7.0 50-70   Fe ≥60
鈷基合金 Co 基Cr30W5 0.7 ~ 1.4 ≤2.0 ≤2.0 25 ~32   3 ~6 Fe
≤5.0
  ≥40
Co 基Cr30W8 1.0~
1.7
≤2.0 ≤2.0 25 ~32   7 ~10 Fe
≤5.0
Co ≥44
Co基Cr30W12 1.75 ~ 3.0 ≤2.0 ≤2.0 25 ~32   11 ~19 Fe
≤5.0
≥53
Co 基Cr30W9 0.2~
0.5
≤2.0 ≤2.0 25 ~32   ≤9.5 Fe
≤5.0
  20-38
鎳基合金 Ni-Cr-B-Si 0.3 ~ 0.7 2.5 ~ 4.5 8 ~12 B1.8 ~ 2.6 Fe≤4 40-50
Ni-Cr-B-Si 0.6~
1.0
3.5 ~ 5.5 14 ~ 8 B3.0-
4.5
Fe≤5 ≥55
Ni-Cr-B-Si ≤0. 15 2.5 ~ 4.5 8 ~12 B1. 3 ~ 1.7 Fe≤8 20-30
Ni-Cr-Mo-W <0. 1 17 Mol7 W4.5 Fe5 175 -215HB
Ni-Cu <0.2 1.2~
1.8
Cu27 ~ 29 Fe2 ~3 125 ?150HB

 1.5耐磨復合鋼板

圖(3)耐磨復合鋼板表面外觀,雖然有焊道,但還是很平整的
耐磨復合鋼板是最近幾年新興的一種復合耐磨鋼板,其是在普通鋼板如Q235或特不銹鋼鋼板上堆焊一層高硬度耐磨層,其硬度可以達到HRC60以上,其主要合成為碳化鉻硬質相,其不但具有高硬度同也也具有易安裝性和較高的抗沖擊性能。
北京耐默公司生產的合金成分為:C4.0,Cr25-40,Mn1.5,Cu0.5,Ni0.5,Si1.0,等,也可以根據要求加入其他合金如:鎢等


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