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1、第十三章 低合金耐磨铸钢,一、概 述,低合金耐磨铸钢是20世纪60年代以后发展起来的一种耐磨材料，这种钢以废钢为主要原材料，添加少量合金元素，铸造成型，并经适当热处理，获得良好强韧性，满足不同使用要求，而且有相当大的发展潜力和广泛应用前景。,二、低合金耐磨钢的优点,1、较高的硬度与耐磨性低合金钢的硬度主要决定于钢的含碳量与热处理工艺。低合金钢的硬度高于水韧处理后高锰钢的硬度，因而具有较高的耐磨性。2、良好的韧性和脆断抗力低合金铸钢在硬度大于HRC60的前提下，冲击韧性可达2040Jcm，低于高锰钢但优于各类铸铁。低合金钢具有良好的硬度与韧性的综合性能，而且通过改变化学成分与热处理工艺可以得到不
2、同的性能,3、较高的淬透性中、高碳低合金钢通过适当的合金化，具有很高的淬透性，能使200mm厚的钢截面淬透，或使一定厚度截面的零件空冷，可获得马氏体组织，以减少工件淬火时的变形与开裂。4、良好的工艺性 低合金钢可根据工件的使用要求与工厂的生产条件，采用最合理的生产方式与工艺。如铸，锻、轧，焊和机加工等，也可采用复合工艺。,5、较好的经济性低合金钢中常加元素如Si，Mn，B和稀土等，适当加入Cr，Mo，V，Ti，Ni等合金元素，同时合金元素加入量也少。易于推广与发展。成本低，经济效益高。,三、低合金钢的成分设计基本原则,根据磨损理论，耐磨性不是单纯的物理量，在一定工况条件下，与材质本身的强度、硬
3、度、塑性、韧性等有关，要想提高耐磨性，就要提高材质的综合机械性能。既要保证足够韧性，又要具备较高硬度。为了使低合金耐磨钢获得上述性能，则要通过合理的成分设计和适当的热处理来保证，对低合金钢的成分设计基本原则是微量多元化，并注意结合资源特点，主要元素有；碳、锰、硅、铬、钼、硼和稀土等。,3.1 碳及合金元素的作用,3.1.1 碳钢中的含碳量主要决定于零件的工况条件。低碳钢(0.20.3C)淬火后获得低碳板条马氏体组织，其韧性高，并具有适当的硬度(HRC4050)，适用于要求韧性高，耐磨性较低的工件。高碳钢(0。609C)淬火后的显微组织以片状孪晶马氏体为主，硬度高(HRC60)，脆性大，适用于要
4、求耐磨性高、韧性较低的工件。中碳钢(0.40.6C)淬火后是混合型马氏体组织，适用于要求较高耐磨性和足够韧性的工件。,3.1.2 锰锰在钢中一部分溶于固溶体，另一部分形成合金渗碳体(Fe，Mn)3C，其主要优点是显著提高钢的淬透性，一般含量小于2。锰还降低Ms点，淬火组织中残余奥氏体增多。锰的不利影响是增加钢的过热敏感性，易使钢的晶粒粗化。另外还增加钢的回火脆性。,3.1.3 硅硅在钢中只溶于固溶体，不形成碳化物，使铁素体固溶强化，并能提高钢的回火软化抗力，推迟第一类回火脆性。其含量一般小于1.5，硅含量过高会降低钢的塑性和韧性，提高韧-脆性转变温度，增加钢的脱碳倾向。,铬 铬在钢中既能溶于固
5、溶体，又能形成碳化物。铬能使固溶体强化并提高钢的淬透性和回火稳定性。低合金钢中含铬量一般小于2(最高可达4)。其主要缺点是增加钢的回火脆性。,3.1.5 钼钼在钢中既可溶于固溶体也能形成碳化物，它固溶于钢中能显著提高钢的淬透性及回火稳定性，改善钢的韧性，并能降低或抑制回火脆性。低合金钢中含钼量一般小于0.5(最高达1%)，钼还能显著提高钢的高温强度。,镍 镍只溶于固溶体，不形成碳化物，能提高钢的淬透性，特别是与铬、钼等合金元素共同加入钢中时，其作用更强。镍在产生固溶强化的同时，还提高钢的塑性与韧性。镍不仅提高钢的常温塑性和韧性，而且能改善钢的低温韧性，降低钢的韧-脆性转变温度。镍在低合金钢中含
6、量一般小于1。,3.1.7 硼微量硼（0.0010.003）能强烈提高钢的淬透性。但含硼量过高在晶界形成硼化物使钢的脆性增大。此外在适当的合金元素(主要是锰，钼等)配合下，空冷可获得贝氏体组织。,3.1.8 钛、钒、铌钢中加入微量的钛，钒及铌等合金元素能形成碳化物和氮化物，可细化组织，改善韧性，适当增加耐磨性。,稀土元素我国稀土元素资源丰富，它在钢中的作用主要是脱氧，去硫、净化钢液，改善夹杂物的形态和分布，细化晶粒，改善铸造组织，提高钢的常温及低温韧性，改善钢的质量。,四、低合金耐磨钢的类型,4.1 水淬低合金耐磨铸钢ZG30CrMnSiMoTi低合金耐磨钢是针对矿山球磨机锤头和衬板的工况条件
7、而研究的一种水淬耐磨钢，它具有强度、硬度和韧性相配合的特点，具有广阔的应用前景。,ZG30CrMnSiMoTi的化学成分为：0.280.35%C，1.21.6%Si,1.21.7%Mn,1.01.5%Cr，0.30.5%Mo，0.060.12%Ti。ZG30CrMnSiMoTi的热处理工艺:900水淬和250回火。ZG30CrMnSiMoTi的力学性能：b1650,s1400,k=80,HRC=56。,4.2 油淬低合金耐磨铸钢ZG50Cr2MnSiNiMo耐磨钢是针对破碎机锤头而研制的一种新型耐磨材料。由于破碎机的锤头磨损严重，为了提高锤头的使用寿命，开发研制的该材料锤头。该锤头广泛应用于矿
8、山、电力、建材等行业，该锤头使用寿命比高锰钢提高1倍以上。,ZG50Cr2MnSiNiMo的化学成分为：0.450.65%C，1.52.5%Cr，1.21.5%Mn，0.81.2%Si，0.51.2%Ni，0.30.4%Mo。ZG50Cr2MnSiNiMo的热处理工艺为：920940淬火，320340回火。ZG50Cr2MnSiNiMo的性能为：k=12J/cm2,HRC=54。,耐磨合金钢分为三类,1、第一类耐磨低合金钢，合金元素总质量分数不超过5%。2、第二类耐磨中合金钢，合金元素的总质量分数为5%-10%。3、第三类耐磨高合金钢，合金元素总质量分数超过10%.,1、耐磨低合金钢,ZG30
9、Cr1Si1MnREBZG32Ni2CrMoREZG30CrSi1MnMoVZG35Cr2Si1MnMoZG38Mn2SiREBZG40Si2Cr1MnMoVZG50Cr2Ni1SiMnMoZG60Cr2Si1MnMoNiZG75Cr2Mn2SiMoREBZG86Cr2SiMo,2、耐磨中合金钢,ZG35Cr4Mo1W1SiVZG40Cr3Si1MnMoVZG50Cr5SiMoREZG52Mn3Si2Cr1MoREZG55Cr2SiMnCuMoZG60Cr4MoVREZG75Cr6SiMnMoREZG90Cr5SiMnMoRE,3、耐磨高合金钢,ZG22Cr8Ni2MoTiREZG55Cr25
10、Ni3MnSiMoREZGCr13SiMoZGW6Mo5Cr4VAlREZGCr12V8Co7MoWZGV5Cr5MoWCoNbNi,五、低合金耐磨铸钢的熔炼生产,原材料低合金耐磨铸钢的原材料主要有废钢、回炉钢件、铁合金（锰铁、铬铁、硅铁、钼铁、镍铁等）。熔炼设备一般情况下，熔炼低合金耐磨铸钢主要使用中频感应电炉、电弧炉。,熔炼工艺（中频感应电炉）按比例加入废钢、回炉钢件和铁合金，熔炼时铬铁、钼铁和镍铁等随废钢等一起加入，锰铁在出炉前10分钟加入。硅铁在出炉前5分钟加入，铝在最后出炉时加入，出炉温度为1550，硼铁和稀土等合金在浇注时加入。,2.5 低合金耐磨铸钢的应用主要应用于冶金、煤炭、建材、非金属矿山、电力系统等行业。例如，破碎机锤头，球磨机衬板，装载机铲齿和农机抗磨配件。,
