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1、第八次全国热处理大会论文集(2 0 0 3 年5 月北京)低碳低合金钢斗齿耐磨材料的研究孙法林田君(内蒙古北方重工业集团有限公司包头0 1 4 0 3 3)摘要：在露天煤矿开采中由于受工况土质软介质的影响，高锰钢斗齿不能满足耐磨要求。本文通过对低碳低合金铡的成份、热处理工艺及性能的分析并借鉴国外使用经验，指出低碳低台金钢是抵抗商应力、商冲击负荷磨粒磨损工况的理想材料之一关键词：低碳低合金钢；耐磨材料；软介质R e s e a r c ho fl o w-c a r b o nl o w-a l l o ys t e e ld i p p e rt e e t hw e a r-r e s i
2、s t a n tm a t e r i a l sS u nF a L i nT i a l lJ u n(I n n e rM o n g o l i aN o r t hH e a v yI n d u s t r i e sG r o u pC o r p，B a ot o o，0 1 4 0 3 3，C h i n a)A b s t r a c t：U n d e rm i n i n go f c o a lm i n ei nt h eo p e na i Lb e c a u s eo f s o i ls o Rm e d i ac o n d i t i o n，h i
3、g hm a n g a n e s es t e e ld i p p e rt e e t hC a nn o ts a t i s f i e dt h ed e m a n do f w e a r-r e s i s t a n c e B ya n a l y z i n gl o w-c a r b o nl o w a l l o ys t e e lc o m p o n e n t，t e c h n i q u eo f h e a t-t r e a t i n ga n di t sp e r f o r m a n c e，a n dd r a wl e s s o
4、 n sf r o mt h eu s e de x p e r i e n c eo fo v e r s e a s，p o i n to u tl o w-c a r b o nl o w-a l l o ys t e e li so n eo f t h ei d e a lm a t e r i a l sr e s i s t i n gw e a rc o n d i t i o no f g r a i na tt h eh i g hs 仃e s sa n dh i g hi m p a c tl o a d K e yw o r d s：l o w-c a r b o nl
5、 o w-a l l o ys t e e l；w e a r-r e s i s t a n tm a t e r i a l s；s o f tm e d i a1 现状挖掘机广泛用于采掘、土建、水利及国防工程，挖掘机斗齿是机上的重要部件，亦是易损件。目前，我国约有二万台以上不同型号的挖掘机在不同f：况下服务，其斗齿消耗量很大，仅一个人型水利 程或一个中等规模矿山，通常有十台以上挖掘机处于使用状态，每年消耗的斗齿达数百万吨，价值在百万元以上。因此提高使用寿命，开发新型耐磨材料，减少磨损造成的损失，越来越受到重视。2 失效分析国内斗齿材料最常用的为高锰钢(M n l 3)，高锰钢水韧处理后的
6、组织为单相奥氏体，在剧烈冲击、挤压负荷的反复作用下具有加工硬化的特点，冲击能量越大，硬化效果越好，但是如果加工硬化效果不充分，表面硬度偏低，耐磨性就著。近期研究还发现，就是在高冲击应力状况下，高锰钢也非最优秀的耐磨材料，因为在凿削式磨损的I：作状况下，高锰钢的加工硬化峰也不在最表层，而在亚表层，此处的组织脆化萌生裂纹会引起磨损表面的剥落。因此，高锰钢适合于受到强烈冲击的采掘工况，对既受冲击又受磨粒磨损的软介质就不适合，其原因不言而喻。斗齿一般装在挖掘机铲斗的前端，系悬臂梁构件，直接与矿石、砂土、岩石等物料接触，在接触物料时，既承受冲击作用，又承受弯矩作用。服役过程中，斗齿尖部受到较大的冲击滑动
7、磨粒磨损，尖部表面常出现各式犁沟、变形，造成表面磨损或脱落。国内某矿于九十年代进口美国的斗齿，花费了大量的资金，其斗齿使用寿命约为两个月，大大超过国内产品的寿命，并且其综合性能好。冈此研究出适合矿山挖掘_ I：况条件卜使用的耐磨钢是摆在材料工作者面前的一项主要任务。1 1-4 3 材料设计材料的抗磨性与一般性能(如力学性能、物理性能)有所区别，它不是材料的单一性能，而是反映在一个磨损系统中材料的综合性能，它既受材料本身性能的影响，又受磨料性质、工作介质、工作条件的影响。因此材料设计应考虑实际使用情况。1 5,6 13 1 确定组织服役过程中，斗齿尖部受到较大的冲击滑动磨粒磨损，尖部表面常出现各
8、式犁沟、变形，造成表面磨损或脱落。因此材料本身不但应具有相当高的强度、硬度，还必须具有较高的塑性、韧性。板条马氏体(位错型马氏体)既有相当高的强度、硬度又具有较高的塑性和韧性，其综合性能较高。故板条马氏体是斗齿材料的理想组织。3 2 确定性能与成分低碳低合金钢的研究发展目标在于满足工况使用条件提高其耐磨性，同时提高强度、韧性。其设计准则中除满足用户的力学性能、焊接性能、抗应力腐蚀开裂性能等指标外，还应注意选取适宜的合金成分，达到如下要求：1)足够的淬透性以保证整个界面性能均匀。2)得到强而韧的板条马氏体。3)M s 点不能压得过低，以免淬火裂纹。4)6s 一 9 8 0 M p a1 I，i
9、4 5A k u 3 9 JH R C 4 35)少用贵重元素以降低成本。由于希望得到的组织为单一板条马氏体，而钢中含碳量0 2 5 才能得到单一板条马氏体组织，另外，马氏体的强度主要取决于其中间隙固溶体的碳原子数，因此钢中含碳量应在O 2 0,-0 2 7 之间，以保证材料有足够的强度。为提高材料的综合机械性能及焊接、抗蚀等其它性能，应加入碳化物形成元素C r、M n、M o，以提高材料的硬度、耐磨性。N i 显著提高钢的韧性、提高淬透性，故C r、M n、M o、N i 为主加元素。但考虑成本，加入鼙不易过多。材料的具体化学成分见表1 1衰1 材料的化学成分4 材料的热处理4 1 预先热处
10、理材料经中频熔炼炉按表l 的化学成分熔炼浇注成试块。其铸态组织见图1。为了消除或减轻铸钢组织中存在的偏析、柱状晶等缺陷，我们采用高温固溶预处理球化退火对低碳低合金钢试块进行预先热处理，其工艺为：7 0 0 C l h 升温至1 0 5 0 C 5 h 随炉冷至8 8 0 C 出炉空冷。预处理后的组织见图2。4 2 最终热处理图I 铸态组织4 0 0 图27 0 0 3 2 X l h 升温至1 0 5 0 (2 X5 h 随炉冷至8 8 0 (2 出炉空冷4 0 0 X经高温固溶预处理球化退火的铸件做成的试块，经淬火、回火后的力学性能见表2。麦2 力学性能注：淬火、回火工艺：9 2 0 C 水
11、冷+2 2 0。C 空冷。材料经过高温固溶球化退火后，得到了细小、匀、圆的碳化物，同时由于碳化物细小、匀、圆既降低了对基体的割略作用，也使裂纹的形成功和扩展功增加，从而使A k 值提高。碳化物分布均匀也使得淬火后的强度提高。【7 5 磨损试验将热处理后的低碳低合金钢试样在磨损试验机上进行磨损试验，磨损2 4 0 分钟后拆r，同高锰钢及进口的美国斗齿材料相比较，结果如表3 所示。表3 低碳低合金钢及高锰钢、美国斗齿材料磨损2 4 0 分钟后的结果对比磨损结果表明，低碳低合金钢的使用寿命高丁高锰钢，与进口的美国斗齿材料相当。检查低碳低合金钢试料磨损止常，无裂纹，无变形。6 结论，(1)低碳低合金钢
12、采_ E f；I 高温嘲溶球化退火可以使碳化物细小、均匀、圆整度好，同时能使机械性能提高。(2)合金元素含量的合理搭配及采_ I 适当的热处理。J：艺是低碳低合金钢获得较高强度、硬度和良好韧性的保障。(3)低碳低合金钢是抵抗高戍力、高冲击负荷磨粒磨损I：况的理想材料之一。参考文献：1 余鹛超，邹冀群李幸福低碳耐磨合金钢的研制 J ，海南矿冶2 0 0 0 6 第十卷第二期2 赵远才唐果宁，采煤机截齿齿体材料及工艺分析 J 3 张东风曹忠孝。低合金耐磨铸钢的研究与应用 J ，鞍钢技术，1 9 9 8 1 0 4 陆文华李隆盛，黄良余。铸造台金及其熔炼 邮，机械工业出版社，1 9 9 7，1 0：第一版5 崔忠圻金属学与热处理 岫，机械工业出版社，1 9 9 7，1 0：第一版6 张清田蓍，阿种低合金钢的彦粒磨损研究参考制造工艺的国内外概况 J 3，铸造，1 9 9 6 1 1 7 鄢文彬低合金钢的强韧性及其生产应用综述 ，低合金钢低温脆性断裂论文集 c 西安交通大学出版社1 9 9 5 7：第一版8 江锡堂，稀士对结构锅淬透性机理的探讨 J 低碳低合金钢斗齿耐磨材料的研究低碳低合金钢斗齿耐磨材料的研究作者：孙法林，田君作者单位：内蒙古北方重工业集团有限公司(包头)本文链接：http:/