高强韧耐磨铸钢热处理工艺研究探究

庞伟

摘 要：耐磨钢是高强耐磨钢种之一，为了更好的研究耐磨钢的热处理工艺以及纤维组织和耐力学性能等，行研制。通过研究表明经过合理的优化设计以及工艺处理，耐磨钢在经过退火、淬火以及回火之后所得到的铸钢的冲击韧性、硬度等性能都得到了较大的提升。同时针对耐磨钢的应用展开分析，主要研究了耐磨钢的抗磨损性能，并研究了调整耐磨钢的成分组成，探讨了其对硬度的影响，并进行了冲击实验和扫描电镜等验证其性能，对于其热处理方案的优化进行了进一步的研究，得到更好的研究耐磨钢性能的热处理方案，可以实现更好的组织匹配，研究出了提高耐磨钢性能的处理工艺。

关键词：高强韧性耐磨钢;热处理;工艺优化

中图分类号：TG161 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0077-02

0 引言

耐磨钢是高强耐磨钢中的一种，一般耐磨钢材料在化工、冶金、建材以及电力等领域中其应用相对较为广泛，而在不同的耐磨钢种类中高锰钢是属于一种具有特殊性能的材料，一般这种材料的特点是在高压冲击下或者是承受冲压负荷时材料会产生强烈的硬化作用，从而大大提高材料的耐磨性能。但是在材料的制作过程中如果其冲击力比较小或者是对其没有施加足够的外压，那么材料所表现出来的硬化特征也不够明显。对于普通的耐磨钢材料来说对其性能的基本要求就是具有较好的塑性以及较高的硬度等。而对材料进行铸钢件的生产的时候主要生产阶段分为加热、保温、冷却，所以不同步骤如果细节处理不好，对最红产品的质量都会产生较大的影响。因此高强耐磨铸钢热处理工艺的研究对于其性能提高以及应用等都有非常重要的意义。

1 化学成分设计

1.1 碳

碳在钢的生产中是非常重要的元素之一，碳在其中发挥的作用主要是提高钢的韧性和硬度，所发挥的作用是非常重要的，并且钢生产过程中加入碳会对性能产生较大的影响，但是如果在钢的生产过程中碳的含量也不是越多越好的，如果其含碳量不断的增加，则钢的韧性会发生一定程度的下降。

1.2 锰

一般锰元素在炼钢过程中所发挥的作用为脱氧剂，其主要作用是为了去除掉钢生产过程中钢液中的氧气组分，并且錳元素的加入除了作为脱氧剂之外还可以去除其中的硫元素，在一定程度上可以降低有害物质。

1.3 硅

其次在炼钢的过程中加入适量的硅元素也可以提高耐磨钢的性能，硅是炼钢中必不可少的物质，其主要作用也是作为脱氧剂使用，和锰的作用类似，如果在生产中钢液中硅元素加入的含量较高，那么会在一定程度上影响钢材的韧性以及塑性性能。

1.4 铬和镍

在钢液中加入钼和铬的主要目的是在回火的时候可以大幅度提高其回火稳定性和淬透性，同时钼的存在也可以提高钢材的韧性，而铬元素的存在可以提高钢的硬度、强度以及耐磨度等，但是与此同时也会对钢材的韧性和塑性产生一定的影响。

1.5 镍

在钢液中加入一定量的镍可以适当提高产品的强度，同时还能够保证其使用性能和塑性等，除了可以提高其强度之外也可以大大提高在产品使用过程中的稳定性。

1.6 钛和稀土等

为了得到更好的组织细化产品，同时对细晶起到一定的强化作用，可以在其中加入适量的钛和稀土等元素，也可以起到一定的强化作用。

2 热处理工艺分析

通过实验研究发现，耐磨铸钢材料在经过热处理工艺之后，无论是钢材的冲击韧性还是硬度等方面的性能都得到了较大的提高。因为在传统的钢材产品中硬度和韧性二者之间很难进行平衡，好的韧性代表其硬度性能不达标，反之亦然。而热处理工艺的使用很好地改善这一现象，促进冲击韧性和硬度可以进行合理分配。但是在其他钢材的其他组成成分中由于不同组成成分的影响，对于其回火时间以及其他方面的性能都会产生一定的影响，各种缺陷的存在导致在进行淬火的时候并没有完全达到淬火要求，导致所得到的产品的硬度较低，透性比较差，从而在一定程度上对耐磨钢的强韧性造成影响。

2.1 回火时间影响

通过实验研究表明，在进行耐磨钢的力学性能表征的时候发现，钢材在经过热处理之后其硬度和冲击性能都非常好，两个基本性能的要求都达到了使用标准，尤其是在冲击韧性和硬度等性能方面其匹配度都非常高。数据显示在经过热处理之后的冲击韧性和普通处理方法所得到的耐磨钢冲击韧性性能提高四到五倍，达到了与其的结果。但是从实验结果可以看出在进行铸造的时候存在的缺陷还是比较多的，比如在进行回火处理的时候时间不够充足，并且没有将淬火油及时的清理干净，导致在进行硬度测试的时候数据不是很理想，最终会严重影响耐磨钢的冲击韧性。

2.2 气孔影响

在进行实验的时候，刚才钢材铸造其存在的缺陷也比较明显，比如说气孔问题比较严重，气孔的存在会大大降低产品的有效截面积，同时会导致存在气泡的地区所产生的应力比较集中，而这也是在钢材加工成零件使用过程中常常那个发生断裂或者是裂纹的来源。如果最终产品中出现了上述形状不规则的气泡，那么产品的缺口敏感性会大大提高，同时也会在一定程度上降低产品的疲劳强度，也就是说产品的冲击韧性会大大降低。

2.3 不同元素影响

因为在耐磨铸钢的生产过程中铬元素和硅元素是必须添加的，并且其含量相对较高，所以导致在硬度增加的基础之上冲击韧性有一定的下降，而实验研究表明所得到的耐磨铸钢存在的脆性断口也属于一种宏观上的断裂，同时也是一种解理断裂，可以在断裂面清晰地看到断裂的河流式花样纹理。这些分布的花纹的种类主要有韧窝式花纹和山脊式花纹，存在这一类花纹的耐磨铸钢的塑性一般相对较低并且也比较浅。此外在断裂面还可以看到部分小平面，其中包含断裂式花纹，表现为较短并且弯曲，一般将这些断裂称作为准解理性断裂。但是如果在生产过程中通过有效的方法将其冲击韧性提高，并且其冲击韧性可以达到相关白鸥准，那么其也可以评定为准解理断裂中的一种。因为耐磨钢中铬元素和硅的含量比较高，但是就塑性来说相对较低，通过实验表征，如果在耐磨钢的断口处存在孔坑，也就是常说的韧窝，这种情况有较大可能存在异相颗粒或者是非金属的夹杂物，其存在使得形成了韧窝的核心，如果相邻的两个微孔互相连接那么所形成的微孔较大，会导致最终发生变形。

2.4 热处理工艺优势

和其他的处理工艺相比较而言，热处理工艺在经过退火之后可以让组织成分更加的均匀化，同时可以提高淬火的温度以及提高耐磨铸钢中镍和钼的含量。通过研究可以发现在钢液中加入适量的钼元素可以大大提高钢的韧性，而镍元素的加入可以显著提高钢的强度，同时还能够保证钢的韧性和塑性不会受到太大的影响，因为实验结果显示其冲击韧性较高，并且其断裂形式为塑性断裂，所以说刚强韧性耐磨铸钢的生产使用热处理工艺是非常合适的。

3 组织性能分析

3.1 金相组织分析

在金相组织中分析可以看出所形成的组织特点为残余奥氏体和马氏体，根据材料特点分析可以得知，通常马氏体其尺寸相对较大，所以在生产过程中其塑性、韧性都非常差，并且其冲击韧度也相对较低。而在金相组织分析中可以看出所包含的残余奥氏体和马氏体很少，并且马氏体也是属于板条马氏体中的一种，在其中存在大量的位错，因此也被称为错位马氏体，对其硬度产生影响的主要因素为碳的含量。根据马氏体的性能可以得知含碳量越高，马氏体的硬度越大，所以对于耐磨铸钢的组织韧性会产生一定的影响。所以在生产工艺优化中碳的加入量不宜过多，而进行冲击韧性测试的时候也不能够过高。实验结果显示提高淬火温度，可以有效的提高组织的均匀性以及分布的均匀性。

3.2 淬火温度组织的影响

在铸钢生产过程中如果淬火温度较低，因为在高温奥氏体溶解液中硅、锰、钼等元素的含量相对较低，所以对其稳定性会产生一定的影响，而其组织为马氏体和残留奥氏体。并且在经过910℃淬火之后所形成的马氏体其大小不均匀，导致其冲击韧性不够，组织组成为马氏体和残留奥氏体。而伴随着不断将淬火问题提高，溶解于高温奥氏体中的硅、锰、钼等元素也逐渐增加，不断的增加高温奥氏体的淬透性，其排列整齐，分布也相对比较均匀。但是如果淬火温度过高，会导致高温奥氏体中硅、锰等元素的含量过高，而奥氏体的晶粒尺寸也逐渐变大，导致在淬火之后所形成的马氏体板条大小不一，残留奥氏体的数量逐渐增多，最终会对其硬度产生一定的影响。

3.3 回火温度对组织的影响

分析產品经过930℃淬火之后以不同回火工艺所得制品的显微组织可以看出，在经过210℃回火时，由于温度较低，所以在组织中含有较多的残留奥氏体，所以没有较好的冲击韧性。而适当的将回火温度提高至240℃可以有效降低在淬火过程中所产生的马氏体内应力，并有效提高其韧性。而当温度继续升高至260℃时，会导致杂质元素偏聚，从而降低其冲击韧性。所以说在进行回火工艺时回火温度的控制时非常关键的。

4 结语

综上所述，耐磨铸钢材料的种类有多重，其中高锰钢是具有特殊性能的一种，这种刚才在使用过程中的特点就是如果给其施加冲击负荷以及高压可以使其产生强烈的硬化反应，因此通过改善这两个条件可以得到耐磨性较高的材料。并且通过合理的工艺优化所得铸钢的冲击韧性以及硬度等方面性能都可以得到较好的提高。研究开发的高强韧性耐磨铸钢的应用效果也十分显著，具有很好的经济效益。

参考文献

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