耐磨鋼磨損

磨損是工件失效的主要形式之一，磨損造成了能源和原材料的大量消耗，根據(jù)不完全統(tǒng)計，能源的1/3到1/2消耗于摩擦與磨損。據(jù)原聯(lián)邦德國技術(shù)科學(xué)部估測，原聯(lián)邦德國因磨損造成的損失每年達(dá)到100億馬克。美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）和美國能源發(fā)展局（ERDA）提出的一項減輕摩擦和磨損的發(fā)展計劃，可使美國每年節(jié)支160億美元，即為能源消耗的11%。據(jù)美國刊物介紹，美國幾大類產(chǎn)品每年由于磨損所造成的損失是：飛機(jī)134億美元，船舶64億美元，汽車400億美元，切削工具28億美元。中國對摩擦和磨損所造成的損失尚缺乏全面的統(tǒng)計。根據(jù)中國機(jī)械部門1974～1975年的調(diào)查報告，汽車配件年耗用鋼材23萬t，其中2/3用于維修，而大部分是由于磨損所致。另據(jù)中國電力、建材、冶金、采煤和農(nóng)機(jī)等5個部門的不完全統(tǒng)計，每年備件消耗鋼材在150萬t以上，以煤礦所用刮板輸送機(jī)為例，由于中部槽磨損所造成的損失每年為1～2億元人民幣。如果再考慮到其他機(jī)械設(shè)備磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失和鋼材的消耗那將是很驚人的。由此可見，提高耐磨鋼的質(zhì)量，開發(fā)新型高性能耐磨鋼，以及廣泛、深入地開展鋼材磨損機(jī)理的研究，以降低由于磨損造成的損失，對于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展是一件具有重要意義的工作。

對于“磨損”尚無統(tǒng)一的定義。一般認(rèn)為磨損是物體工作表面材料在相對運動中不斷破壞或損失的現(xiàn)象。而對于磨損的分類也有很多方法，若按磨損機(jī)制劃分，可分為磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖擊磨損、微動磨損等大類。在工業(yè)領(lǐng)域中磨料磨損和粘著磨損在工件磨損失效中占有最大比例，而沖蝕、腐蝕、疲勞、微動等磨損失效方式由于往往產(chǎn)生在一些重要構(gòu)件的運行中，故日益受到重視。在工況條件下，往往是幾種磨損形式同時或先后出現(xiàn)，磨損失效交互作用呈現(xiàn)較復(fù)雜的形式。確定工件磨損失效的類型是合理選用或研制耐磨鋼的依據(jù)。另外，零、部件的磨損是一個系統(tǒng)工程問題，影響磨損的因素很多，它包括工作條件（載荷、速度、運動方式）、潤滑條件、環(huán)境因素（濕度、溫度、周圍介質(zhì)等）、材料因素（成分、組織、力學(xué)性能）、零件表面質(zhì)量及物理化學(xué)特性等。其中每個因素的改變都可能使磨損量改變，甚至使磨損機(jī)制改變。由此可見，材料因素只是影響工件磨損的因素之一，要提高鋼件的耐磨性需要從特定條件下的摩擦、磨損系統(tǒng)整體著手才會取得預(yù)期的效果。

耐磨鋼簡史

耐磨鋼作為一種專用鋼大約始于十九世紀(jì)后半葉。1883年英國人哈德菲爾德（R0.A0.Hadfield）首先取得了高錳鋼的專利，至今已有100多年的歷史，高錳鋼是一種碳含量和錳含量較高的耐磨鋼，這個具有百余年歷史的古老鋼種，由于它在大的沖擊磨料磨損條件下使用時具有很強的加工硬化能力，同時兼有良好的韌性和塑性，以及生產(chǎn)工藝易于掌握等優(yōu)點，因此，它仍然是耐磨鋼中用量最大的一種（尤其是在礦山等部門）。近幾十年來，低、中合金耐磨鋼的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展很快，由于這些鋼具有較好的耐磨性和韌性，生產(chǎn)工藝較簡單，綜合經(jīng)濟(jì)性合理，在許多工況條件下適用，受到用戶的歡迎。為了適應(yīng)礦山采運機(jī)械與工程機(jī)械發(fā)展的需要，所研制的高硬度耐磨鋼板，20世紀(jì)70～80年代在國際上已形成系列并標(biāo)準(zhǔn)化。這類鋼是在低合金高強度可焊接鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們一般采用軋后直接淬火并回火，或?qū)嵭锌剀?、控冷工藝進(jìn)行強化，可節(jié)約能源，且合金元素含量低，價格較便宜，但硬度高，耐磨，工藝性能尚可，由于具有了這些優(yōu)點使這類耐磨鋼板很受用戶歡迎。日、英、美等國的一些鋼鐵公司都生產(chǎn)這類耐磨鋼。

耐磨鋼分類

耐磨鋼種類繁多，大體上可分為高錳鋼，中、低合金耐磨鋼，鉻鉬硅錳鋼，耐氣蝕鋼，耐磨蝕鋼以及特殊耐磨鋼等。一些通用的合金鋼如不銹鋼、軸承鋼、合金工具鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等也都在特定的條件下作為耐磨鋼使用，由于它們來源方便，性能優(yōu)良，故在耐磨鋼的使用中也占有一定的比例。

耐磨鋼化學(xué)成分

中、低合金耐磨鋼這類鋼中通常所含的化學(xué)元素有硅、錳、鉻、鉬、釩、鎢、鎳、鈦、硼、銅、稀土等。美國很多大中型球磨機(jī)的襯板都用鉻鉬硅錳或鉻鉬鋼制造。而美國的大多數(shù)磨球都用中、高碳的鉻鉬鋼制造。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，這類鋼淬火后，經(jīng)中溫或高溫回火時，有二次硬化效應(yīng)。

耐磨鋼應(yīng)用

耐磨鋼廣泛用于礦山機(jī)械、煤炭采運、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建材、電力機(jī)械、鐵路運輸?shù)炔块T。例如，球磨機(jī)的鋼球、襯板、挖掘機(jī)的斗齒、鏟斗，各種破碎機(jī)的軋臼壁、齒板、錘頭，拖拉機(jī)和坦克的履帶板、風(fēng)扇磨機(jī)的打擊板，鐵路轍叉，煤礦刮板輸送機(jī)用的中部槽中板、槽幫、圓環(huán)鏈，推土機(jī)用鏟刀、鏟齒，大型電動輪車斗用襯板，石油和露天鐵礦穿孔用牙輪鉆頭等等，以上所列舉的還主要限于屬于經(jīng)受磨料磨損的耐磨鋼的應(yīng)用，而各種各樣的機(jī)械中凡是有相對運動的工件問，皆會產(chǎn)生各種類型的磨損，都會有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨鋼，這方面的例子則不勝枚舉。礦石和水泥磨機(jī)中使用的研磨介質(zhì)（球、棒和襯板）是消耗量很大的鋼鐵磨損件。在美國，磨球大多數(shù)是用碳素鋼和合金鋼鍛造或鑄造的，它們占磨球總消耗量的97%。在加拿大，消耗的磨球中鋼球占81%。據(jù)80年代末統(tǒng)計，中國每年消耗磨球約80～100萬t，全國磨機(jī)襯板的年消耗量近20萬t，這其中絕大多數(shù)為鋼制品。中國煤礦用刮板輸送機(jī)中部槽每年要消耗6～8萬t鋼板。

耐磨鋼生產(chǎn)工藝

耐磨鋼都是用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的，產(chǎn)品以鑄件為多，近年來，鍛、軋等熱加工材正在增多。在一般機(jī)械中使用的耐磨鋼件的生產(chǎn)方法與其他工件并沒有太大的區(qū)別，只是在熱處理工藝或表面處理工藝方面應(yīng)有所要求，以達(dá)到保證耐磨性的需求。對于那些材質(zhì)冶金純凈度顯著影響耐磨性的鋼件應(yīng)采取精煉措施，并對有害雜質(zhì)和氣體提出限量要求。除基體外第二相的數(shù)量、形狀和分布往往對鋼件的耐磨性能有重大影響，此時需要從鋼的化學(xué)成分設(shè)計、冶煉、熱加工、熱處理（含熱機(jī)械處理）等等方面統(tǒng)籌考慮，以便從冶金因素方面力爭達(dá)到提高耐磨性的要求。

耐磨鋼強化技術(shù)

磨損是發(fā)生在工件表面的過程，因此，強化工件表面就顯得十分重要。鋼的表面強化技術(shù)有著悠久的歷史，例如，滲碳技術(shù)至少可以追溯到兩干多年前中國的漢朝，而一千多年前的中國史書中已有關(guān)于碳氮共滲工藝的記載。近幾十年來，各種各樣的表面強化技術(shù)與裝備發(fā)展迅速，采取必要的表面強化及表面改性措施，不僅可以節(jié)約大量的原材料，而且可以賦予工件表面層以各種特殊的、作為整體材料難以得到的組織結(jié)構(gòu)與性能，從而取得最優(yōu)異的耐磨性能和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如今，表面強化技術(shù)已成為耐磨鋼（包括耐磨材料）的研究與應(yīng)用的一個重要發(fā)展方向。

耐磨鋼工藝發(fā)展

近年來鋼鐵材料的表面強化（潤化）技術(shù)發(fā)展很快，有關(guān)新技術(shù)、新工藝層出不窮，針對不同需要可以選擇不同的表面強化技術(shù)來提高鋼件在各種類型磨損條件下的耐磨性，以價格較低廉的基體材料制作工件取代昂貴的合金鋼。滲碳、碳氮共滲、滲氮等工藝仍然是強化機(jī)械零件的主要措施，采用共滲、復(fù)合滲、滲硼、滲金屬、噴焊、堆焊、氣相沉積、電刷鍍、離子注入等工藝在不同機(jī)件的各種工況條件下都取得了提高耐磨性的明顯效果。此外，鑄滲、復(fù)合鑄造等鑄造工藝在耐磨鋼件的制造中也有應(yīng)用。

1、鋼板切割方法適用于冷切割和熱切割。冷切割包括有水射流切割、剪切、鋸切或磨料切割；熱切割包括有氧氣燃料火焰切割（以下簡稱“火焰切割”）、等粒子切割和激光切割。

2、切割方法：通過相關(guān)工藝試驗，掌握鋼板各種切割方法的一般特性和切割厚度范圍。

3、高級別耐磨鋼的火焰切割方法與普通低碳和低合金鋼的切割一樣簡單，在切割耐磨鋼厚板時，需要注意！?。‰S著鋼板厚度和硬度的增加，切割邊部出現(xiàn)裂紋傾向加大。為防止鋼板切割裂紋的產(chǎn)生，切割時應(yīng)遵循以下建議：

切割裂紋：鋼板切割裂紋類似于焊接時產(chǎn)生氫致裂紋，如果鋼板切邊產(chǎn)生裂紋，將會在切厚48小時至幾周內(nèi)才出現(xiàn)。因此，切割裂紋屬于延遲性裂紋，鋼板厚度和硬度越大，出現(xiàn)切割裂紋就越大。

預(yù)熱切割：預(yù)防鋼板切割裂紋最有效的方法，就是在切割前進(jìn)行預(yù)熱。在進(jìn)行火焰切割前，鋼板通常都要預(yù)熱，其預(yù)熱溫度高低主要取決于鋼板質(zhì)量等級和板厚。預(yù)熱方法可采用火焰燒槍、電子加熱墊進(jìn)行的，也可以使用加熱爐加熱。為確定鋼板預(yù)熱效果，應(yīng)在加熱點被面測試所需溫度。

注意：預(yù)熱特別注意，要使正個鋼板界面均勻受熱，以免接觸熱源的區(qū)域出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。

低速切割：避免切割裂紋的另一種方法就是降低切割速度。如果無法進(jìn)行整版預(yù)熱，則可以使用局部預(yù)熱法代替。使用低速切割方法防止切割裂紋，其可靠性不如預(yù)熱。建議切割前先對切割帶用火焰槍空泡幾趟進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到100°C左右為宜。

特別說明：將預(yù)熱和低速兩種火焰切割方法結(jié)合使用，可以進(jìn)一步降低切割裂紋的出現(xiàn)幾率。

切割后緩冷要求：無論對切割不見是否預(yù)熱，鋼板切割后的緩冷都會有效降低切割裂紋的風(fēng)險。如果切割后將其帶有溫?zé)岬牟灰娺M(jìn)行堆放，使用隔熱毯將其覆蓋，也可以實現(xiàn)緩冷，緩冷要求冷卻到室溫。

切割后加熱要求：對于耐磨鋼板的切割，切割后立即采取加熱（低溫回火），也是預(yù)防切割裂紋的有效方法和措施。鋼板切厚通過低溫回火處理，可以有效消除切割參與應(yīng)力（低溫回火工藝；保濕時間安5min/mm），對于切割后加熱的方法，也采用燃燒槍、電子加熱毯和節(jié)哀熱爐的加熱方式進(jìn)行切割后的加熱。

4、降低鋼板軟化的措施鋼的抗軟化特性主要取決于它的化學(xué)成分、微觀組織和加工方式。對于熱切割的部件，部件越小，整個部件軟化的風(fēng)險就越大。如果鋼板溫度超過200-250°C，鋼板硬度就會降低。

切割方法：鋼板在切割小型部件時，焊槍和預(yù)熱所供應(yīng)的熱量將會在工件中聚集。切割不見尺寸越小，切割工件尺寸不得小于200mm，否則工件就將有軟化的風(fēng)險。消除軟化風(fēng)險的最好的辦法是冷切割，例如水射流切割。若必須使用熱切割，則有限選擇等離子或激光切割。這是因為火焰切割給工件提供更多的熱量，因此提高了工件的溫度。

水下切割方法：限制和降低軟化區(qū)范圍的有效方法，在切割過程中使用水來楞伽鋼板及切割表面。因此，鋼板即可放在水中切割，也可以向切割面噴水進(jìn)行切割。使用水下切割方法可選擇等離子或火焰切割。水下切割具有以下特征：

切割熱影響區(qū)??；

防止整個工件的硬度降低；

減少切割工件變形；

切割后可以直接對工件進(jìn)行冷卻。

耐磨鋼軋制

普通低合金的耐磨鋼，如18MnPRe(輸煤槽體鋼)、41Mn2SiRe(拖拉機(jī)履帶鋼)、55SiMnCuRe(推土機(jī)推刀刀刃鋼)、65SiMnRe(犁鏵鋼)等的熱軋同一般低合金鋼，可以按用戶要求，軋制成板材和型材。唯有高合金的耐磨鋼，如在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼(Mnl3、12%Mn一2%Cr、12%Mn一2%Mo等奧氏體耐高錳鋼)屬于難變形的耐磨鋼，有其特殊的加工規(guī)律。這種鋼機(jī)械加工困難，基本上都用于鑄件，但也有軋成某種形狀尺寸的軋材作某些特殊用途，如生產(chǎn)中空釬鋼(見中空鋼軋制)用的高錳鋼芯材(棒鋼)。由于這種鋼含錳量高，鋼錠鑄態(tài)組織的柱狀晶發(fā)達(dá)，偏析比較嚴(yán)重，變形抗力大，導(dǎo)熱性差(僅為普碳鋼的1/3～1/4)，線.膨脹系數(shù)大，過熱敏感性強，塑性差，所以熱軋中要注意掌握如下的加工規(guī)律：

(1)掌握好加熱速度與加熱溫度。要緩慢加熱，700℃前，加熱速度不大于70℃/h，防止熱應(yīng)力大而產(chǎn)生開裂。保證足夠的加熱時間和保溫時間，以獲得均勻及塑性良好的單相奧氏體。加熱溫度過高，晶粒會嚴(yán)重長大，降低鋼的可軋性及成材后的力學(xué)性能；加熱溫度過低，鋼的塑性不良，易于軋裂。幾種高錳鋼芯材鋼的加熱及軋制溫度規(guī)范如表所示。加熱要均勻，各面溫差不得超過20～30℃。還必須盡量保證爐內(nèi)呈還原性或中性氣氛，減少脫碳，防止表面產(chǎn)生硬而脆的低碳高錳鋼.

高錳鋼芯材鋼的加熱及軋制溫度規(guī)范

錠或坯 裝爐溫度/℃ 加熱溫度/℃加熱時間/min保溫時間/min 開軋溫度/℃ 終軋溫度/℃

120方錠 ≤650 1080～1130 170 40 1050～1100 950

60方坯 ≤750 1060～1110 110 10 1040～1080 950

(2)注意孔型設(shè)計，變形要均勻，但頭幾道次的變形量要比普碳鋼和一般低合金鋼的小。軋制時應(yīng)逐道翻鋼90。。軋制速度不能太高，開坯機(jī)軋輥的線速度不大于3m/s。軋制成材后，用熱鋸切成定尺并進(jìn)行矯直.

高錳鋼開坯軋裂的原因不外兩方面：一是鋼錠質(zhì)量不佳，如鋼中磷含量偏高，出鋼溫度過高，鋼錠冷卻緩慢，使得晶界磷化物、碳化物及其夾雜物聚集或鋼錠縮孔嚴(yán)重，都會降低可軋性；二是軋制條件不當(dāng)，如加熱速度過快，加熱溫度偏高或偏低，保溫時間不足，開頭幾道變形量過大或軋制速度太快，都易出現(xiàn)軋裂.

耐磨鋼棒有兩種：一種是，熱軋圓鋼；另一種是調(diào)質(zhì)熱處理鋼棒，熱軋圓鋼通過熱處理獲得的基體組織主要是貝氏體的耐磨鋼棒；

耐磨鋼球(grinding ball)，是一種用于球磨機(jī)中的粉碎介質(zhì)，用于粉碎磨機(jī)中的物料。耐磨鋼球有四種：一種是，以鉻為主要合金元素的白口鑄鐵簡稱鉻合金鑄鐵，以鉻合金鑄鐵為材料的鑄造磨球稱為鉻合金鑄鐵磨球；第二種是，以球墨鑄鐵為材料的鑄造磨球稱為球墨鑄鐵磨球，其中通過熱處理獲得的基體組織主要是貝氏體的球墨鑄鐵磨球簡稱貝氏體球鐵磨球；通過熱處理獲得的基體組織主要是馬氏體的球墨鑄鐵磨球簡稱馬氏體球鐵磨球。第三種是用鋼廠產(chǎn)的圓鋼熱軋而成的鋼球，全過程自動化控制，鋼球硬度均勻，心部硬度高，破碎率低，鋼球沖擊值大，第四種是用火車轱轆下料鍛打而成，這種鋼球成本低，但鋼球心部硬度低，易破碎，耐磨性能差。