1高硬度耐磨鋼板的種類(lèi)
金屬材料仍然是耐磨零件的基本材料,通過(guò)對(duì)各種合金進(jìn)行加工合成和熱處 理可以改變金屬內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu),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(lèi)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(jié)構(gòu)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(yōu)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(dá)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(lèi)傳統(tǒng)的耐磨鋼板,經(jīng)水韌處理后可獲得單一的奧氏體組織,具有優(yōu)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(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表8-1。
表1常用Mn13耐磨鋼板的化學(xué)成分及力學(xué)性能
化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/% | 力學(xué)性能 | ||||||||||
牌號(hào) | C | Mn | Si | S | P | 抗拉強(qiáng) 度/MPa | 屈服強(qiáng) 度/MPa |
伸長(zhǎng)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 |
Si能提高耐磨高錳鋼中固溶體的硬度和強(qiáng)度,對(duì)提高鋼的冷作硬化能力的作用較強(qiáng),因而可提高鋼的耐磨性。但高錳鋼中Si含量較高時(shí),容易出現(xiàn)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?yàn)镻在高錳鋼中的溶解度很低,當(dāng)鋼中P 含量較高時(shí),將沿晶界析出易溶的共晶磷化物,使力學(xué)性能和耐磨性降低,零件開(kāi) 裂傾向顯著增大。磷化物的出現(xiàn)與鋼中C含量有關(guān),C含量越高、P含量應(yīng)越低。 降低P含量,可提高高錳鋼的塑性、韌性和耐磨性。
根據(jù)不同用途和要求,還發(fā)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(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表8-2。
表2特殊耐磨高錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能
化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/% | 力學(xué)性能 | |||||||||
序號(hào) | C | Mn | Si | S | P | Cr | V | 抗拉強(qiáng)度 /MPa |
伸長(zhǎng)率 /% |
硬度 HB |
1 | 0.9 ~ 1.2 | ,11-14 | ≤0.8 | ≤0.04 | ≤0.07 | — | 一 | ≥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〇等,用于要求有一定焊接性的耐磨構(gòu)件,如礦用載重車(chē) 廂、輸煤槽、洗煤設(shè)備、齒輪等。
Mn含量較高的優(yōu)質(zhì)碳鋼,如35Mn、40Mn、45Mn等,可用于制造齒輪、軸類(lèi)以 及拖拉機(jī)、推土機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪與履帶板等。錳鋼、硅錳鋼和鉻錳硅鋼也常用 于耐磨場(chǎng)合,如40Mn2、42SiMn可用于制造軸類(lèi)零件、鏟車(chē)鏟刀、礦用取料機(jī)斗口
板等。
對(duì)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(jī)的柱塞泵噴油嘴、鑿巖機(jī)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(jī)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(xué)成分及應(yīng)用見(jiàn)表3。
表3中、低合金耐磨鋼板的化學(xué)成分及應(yīng)用
牌號(hào) | 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/% | 應(yīng)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(jī) 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(jī)襯板,水泥磨機(jī)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(jī)襯板,水泥磨機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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 |
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(fù)荷柴油機(jī)噴油嘴的油針等。
通過(guò)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(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(qiáng)的淬透性,厚度為125 mm的鑄件,空冷時(shí)能 夠得到馬氏體,可用于厚大抗磨件。其硬度遠(yuǎn)超過(guò)珠光體耐磨鋼板,且具有一定的韌 性,能適應(yīng)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(jī)粗磨倉(cāng)襯板時(shí)表現(xiàn)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(jīng)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(lèi)鋼淬火后,經(jīng)中溫或高溫回火時(shí),有二次硬化效應(yīng)。 美國(guó)很多大中型球磨機(jī)的襯板都用鉻鉬硅錳或鉻鉬鋼制造,而大多數(shù)磨球都 用高碳的鉻鉬鋼制造。
1.4 耐磨合金
工業(yè)生產(chǎn)中采用的耐磨合金從化學(xué)成分上大致可分為鐵基合金、鎳基合金和 鈷基合金三類(lèi)。耐磨合金制造的工件,除承受磨料磨損、金屬與金屬接觸導(dǎo)致的粘 著磨損及其他類(lèi)型的磨損外,還要經(jīng)受介質(zhì)腐蝕和髙溫氧化作用。這些腐蝕產(chǎn)物 和氧化物在接觸工件而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中脫離基體金屬,對(duì)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(chǎn)中為了節(jié)約合金資源和提高經(jīng)濟(jì)效益,常在普通結(jié)構(gòu)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(rùn)滑液體中工作的耐磨工件,如石油化工設(shè)備、噴氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、葉片、活塞等。表8-4列出幾種耐磨合金的化學(xué)成分。
表4幾種耐磨合金的化學(xué)成分
合金類(lèi)型 | 合金系 | 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/% | 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 | 一 | — | 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 | 余 | — | — | B1.8 ~ 2.6 | Fe≤4 | 40-50 |
Ni-Cr-B-Si |
0.6~ 1.0 |
— | 3.5 ~ 5.5 | 14 ~ 8 | 余 | — | — |
B3.0- 4.5 |
Fe≤5 | ≥55 | |
Ni-Cr-B-Si | ≤0. 15 | — | 2.5 ~ 4.5 | 8 ~12 | 余 | — | — | B1. 3 ~ 1.7 | Fe≤8 | 20-30 | |
Ni-Cr-Mo-W | <0. 1 | — | — | 17 | 余 | Mol7 | W4.5 | Fe5 | — | 175 -215HB | |
Ni-Cu | <0.2 |
1.2~ 1.8 |
— | — | 余 | — | Cu27 ~ 29 | Fe2 ~3 | — | 125 ?150HB |
1.5耐磨復(fù)合鋼板
圖(3)耐磨復(fù)合鋼板表面外觀,雖然有焊道,但還是很平整的
耐磨復(fù)合鋼板是最近幾年新興的一種復(fù)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(dá)到HRC60以上,其主要合成為碳化鉻硬質(zhì)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(chǎn)的合金成分為:C4.0,Cr25-40,Mn1.5,Cu0.5,Ni0.5,Si1.0,等,也可以根據(jù)要求加入其他合金如:鎢等