【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 抗磨材料；开发思路；耐磨性
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正文：
₇C₃型碳化物，可以增加硬度并改善由于碳化物网状分布而造成的脆性问题。但是， 由于碳化物主要是连续片状的渗碳体， 脆性仍较大，在使用中要保证不碎裂才行。这种铸铁多用于杂质泵过流件，磨煤机磨辊磨环，球磨机衬板，磨球等，其耐磨性比普通白口铸铁优越得多，但在许多情况下不如高铬铸铁，而且消耗大量镍元素，在国内应用上受到一定限制
高铬白口铸铁中，大量铬元素的加入(含量往往大于15％)，保证合适的铬碳比（Cr/C大于5），使碳化物结构类型由网状 M₃C 型变为孤立的杆状或长条状 M₇C₃ 型， 且碳化物硬度由 M₃C 的 840～1100HV 提高到 M₇C₃ 的 1200～1600HV， 这样不仅提高了耐磨性， 还提高了韧性，其使用效果比镍硬铸铁更好。另外， 高铬铸铁中存在的杆状碳化物在硬度上具有各向异性，通常在杆状的横剖面上硬度高达 1989HV， 而在杆状的纵剖面上的硬度为 1450HV，人们有可能利用定向凝固的方法使碳化物定向排列， 让碳化物的高硬度面朝向磨损面而提高铸件服役时的耐磨性^[5]。
高铬铸铁在实际使用中，绝大多数工况下磨粒硬度<1000HV，对材料本身，基体相马氏体 500~1000HV，残余奥氏体 300~600HV，各种碳化 物 1200~1600HV。可见在微观切削过程中， 磨粒单纯对碳化物几乎不能切削，然而却容易对基体构成微观切削，且当基体镶嵌碳化物不紧 牢时，碳化物的脱落使基体失去保护，加速基体的磨损。因此，提高基体的耐磨性，首先提高基体的强度，使之紧牢镶嵌着碳化物同时也提高了自身抵抗切削的能力，基体对碳化物的支撑作用就决定了碳化物是否会被折断和剥落，马氏体基体则能很好的支撑碳化物，因而提高高铬铸铁的耐磨性。其次改善碳化物的弥散度，即改善碳化物的分布状态，每单位长度的碳化物颗粒越多，即 碳化物和基体的平均自由程度就越小，于是磨料颗粒处在碳化物颗粒之间基体较小的面积上， 被
阻止优先切削基体，从而保护了基体，延缓了材料的磨损速度。
顺着耐磨合金铸铁的发展思路，如果硬颗粒的硬度再次提高，并合理改善其形态分布，那么将会得到抗磨性能更为优越的材料。（见表1）VC颗粒为2800 HV，TiC颗粒3200 HV，B₄C颗粒3700 HV都有研究和发展的必要，所以国内已有许多有关这方面的研究^[6-10]。钒，钛都是强碳化物形成元素，钒可以抑制珠光体的转变，稳定高铬铸铁中的碳化物，可以细化组织，且钒的碳化物 VC 的硬度高达HV2800，在基体中将成为为优良的耐磨质点，钒的添加量应有一定限制，含量少时，会由于VC颗粒太小而且有少，容易从基体中脱落，难以起到对基体保护作用，反而有可能加重磨损。含量高则会生成大的颗粒，碳化物比例加大，将加大对基体的割裂作用，使材料整体脆性加大，在许多工况下都是不利的，同时耗费大量钒合金。钛具有细化晶粒的作用，且钛的碳化物 TiC 的硬度高达 HV3200，不过钛是活泼元素之一，它与氮、碳、氧都有较强的结合力，大气环境中极易氧化烧损，在制造工艺上防氧化烧损是关键。如果以钢为粘结金属，以难熔金属碳化物作硬质相，使微细硬质晶粒均匀分散于钢基体中，就发展成为新型耐磨材料－耐磨钢结材料，它兼有硬质化合物的硬度和耐磨性以及钢的强度和韧性。
2．.以传统材质－高锰钢及其改性研究为重点之一
耐磨性首先决定于组织，在一定组织条件下，又与硬度和韧性有关，硬度与耐磨性的关系是呈线性的，随硬度提高耐磨性增加，在硬度基本接近的情况下，韧性与耐磨性的关系是在接近硬度水平下大致有韧性高、耐磨性高的趋势，因此，硬度和韧性对耐磨性都有贡献，硬度是抵抗硬磨料压入表面的能力，硬度高，压入深度浅。即磨痕之沟槽浅，因此，磨掉的金属少，耐磨性高，而在一定硬度下，韧性则影响金属可承受反复变形的能力，韧性高者，裂纹不易形成和扩展，金属可承受反复变形程度大，不易形成脱落的磨屑，耐磨性高。总之，硬度对耐磨性的影响取决于组织，而韧性的影响又依赖于硬度，三者密切相关。因此，必须综合考虑组织，硬度和韧性对耐磨性的影响。
高铬铸铁主要优点是高硬度，在冲击工况下表现为韧性不足，而传统的抗磨材料－高锰钢，则是具有很高的韧性(需要水韧处理)，典型牌号为ZGMn13，已应用了一百多年，由于加入13%左右的强奥氏体形成元素－Mn，经水韧处理可获得全奥氏体组织，这种全奥氏体组织具有加工硬化的性能，表层硬度可由HB170－230迅速提高到HB500－800，而心部仍保持原有硬度和高的韧性，在强烈冲击工况下，表现出优越的耐磨性，是其它材料无法替代的。多年来，尽管开发可不少新材料，但高锰钢仍然因其大冲击下的无可比拟的特性而倍受重视。但是高锰钢也有不少局限，这一点现在已经引起材料工作者的重视，比如高锰钢用作球磨机衬板时，本想通过磨球及磨料对衬板的撞击来达到其加工硬化的效果，然而实际上磨球及磨料随着筒体的转动而被带到高处后呈瀑布状抛下。从高处泻落的磨球和磨料只对料堆根部的磨球及磨料进行直接冲击，而对衬板则是通过磨球及磨料堆积层进行间接冲击，强度较小，加工硬化不明显，表层硬度甚至小于HB300，磨损状况自然十分严重。所以对于高锰钢的使用一定要注意，只有发挥其加工硬化能力的工况下，才具有好的耐磨性。
对于高锰钢所存在的问题以及如何改进，可以归结为以下几方面：⑴初始硬度低，屈服强度低。所以受冲击或挤压时很容易弯曲变形，从而影响使用。其原因在于使用时处于奥氏体状态，而且锰与铁在周期表中靠近，其强化作用相对要小，可以通过合金化途径来改善，在不至于严重降低韧性的情况下，添加Cr，W ，V，Cu，B等增强固溶强化，加入适量的碳化物形成元素，形成弥散强化并起细化晶粒作用，同时还可以通过加变质剂，形成细晶强化，并尽量低温浇注以获得细化的铸态组织。⑵小冲击，低挤压工作条件下，加工硬化能力差。可以通过降低锰含量，一般降到5％－9％以提高加工硬化能力，发展成为中锰钢。因为在保证奥氏体组织的前提下，随着锰含量降低，奥氏体稳定性下降，但加工硬化能力增强，在非强烈冲击工况条件下的耐磨性高于ZGMn13，同时为了保证易于热处理，抑制碳化物的析出，聚集和长大，添加一些Mo等元素。⑶厚大件水韧处理，中心部分难以保证不出现碳化物，这样严重降低冲击韧性，通过增加碳含量和锰含量，发展为超高锰钢。超高锰钢中C、Mn含量较高，且加人合金元素和变质剂，而Mn量增加，较普通Mnl3进一步扩大了奥氏体区，因此能固溶较多的碳及合金元素，此外通过固溶强韧化处理，晶内析出合金碳化物，碳化物团球化使滑移线受阻呈弯曲状而绕过硬质点，提高了加工硬化能力，有利于提高表面硬度，减少切削和凿坑磨损。同时也改善了其冲击韧度，从而有利于抑制磨损表层中裂纹的产生和扩展，减少疲劳剥落磨损，提高了耐磨性

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