高強韌耐磨鑄鋼熱處理工藝研究探究

龐偉

摘 要：耐磨鋼是高強耐磨鋼種之一，為了更好的研究耐磨鋼的熱處理工藝以及纖維組織和耐力學性能等，行研制。通過研究表明經過合理的優化設計以及工藝處理，耐磨鋼在經過退火、淬火以及回火之后所得到的鑄鋼的沖擊韌性、硬度等性能都得到了較大的提升。同時針對耐磨鋼的應用展開分析，主要研究了耐磨鋼的抗磨損性能，并研究了調整耐磨鋼的成分組成，探討了其對硬度的影響，并進行了沖擊實驗和掃描電鏡等驗證其性能，對于其熱處理方案的優化進行了進一步的研究，得到更好的研究耐磨鋼性能的熱處理方案，可以實現更好的組織匹配，研究出了提高耐磨鋼性能的處理工藝。

關鍵詞：高強韌性耐磨鋼;熱處理;工藝優化

中圖分類號：TG161 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0077-02

0 引言

耐磨鋼是高強耐磨鋼中的一種，一般耐磨鋼材料在化工、冶金、建材以及電力等領域中其應用相對較為廣泛，而在不同的耐磨鋼種類中高錳鋼是屬于一種具有特殊性能的材料，一般這種材料的特點是在高壓沖擊下或者是承受沖壓負荷時材料會產生強烈的硬化作用，從而大大提高材料的耐磨性能。但是在材料的制作過程中如果其沖擊力比較小或者是對其沒有施加足夠的外壓，那么材料所表現出來的硬化特征也不夠明顯。對于普通的耐磨鋼材料來說對其性能的基本要求就是具有較好的塑性以及較高的硬度等。而對材料進行鑄鋼件的生產的時候主要生產階段分為加熱、保溫、冷卻，所以不同步驟如果細節處理不好，對最紅產品的質量都會產生較大的影響。因此高強耐磨鑄鋼熱處理工藝的研究對于其性能提高以及應用等都有非常重要的意義。

1 化學成分設計

1.1 碳

碳在鋼的生產中是非常重要的元素之一，碳在其中發揮的作用主要是提高鋼的韌性和硬度，所發揮的作用是非常重要的，并且鋼生產過程中加入碳會對性能產生較大的影響，但是如果在鋼的生產過程中碳的含量也不是越多越好的，如果其含碳量不斷的增加，則鋼的韌性會發生一定程度的下降。

1.2 錳

一般錳元素在煉鋼過程中所發揮的作用為脫氧劑，其主要作用是為了去除掉鋼生產過程中鋼液中的氧氣組分，并且錳元素的加入除了作為脫氧劑之外還可以去除其中的硫元素，在一定程度上可以降低有害物質。

1.3 硅

其次在煉鋼的過程中加入適量的硅元素也可以提高耐磨鋼的性能，硅是煉鋼中必不可少的物質，其主要作用也是作為脫氧劑使用，和錳的作用類似，如果在生產中鋼液中硅元素加入的含量較高，那么會在一定程度上影響鋼材的韌性以及塑性性能。

1.4 鉻和鎳

在鋼液中加入鉬和鉻的主要目的是在回火的時候可以大幅度提高其回火穩定性和淬透性，同時鉬的存在也可以提高鋼材的韌性，而鉻元素的存在可以提高鋼的硬度、強度以及耐磨度等，但是與此同時也會對鋼材的韌性和塑性產生一定的影響。

1.5 鎳

在鋼液中加入一定量的鎳可以適當提高產品的強度，同時還能夠保證其使用性能和塑性等，除了可以提高其強度之外也可以大大提高在產品使用過程中的穩定性。

1.6 鈦和稀土等

為了得到更好的組織細化產品，同時對細晶起到一定的強化作用，可以在其中加入適量的鈦和稀土等元素，也可以起到一定的強化作用。

2 熱處理工藝分析

通過實驗研究發現，耐磨鑄鋼材料在經過熱處理工藝之后，無論是鋼材的沖擊韌性還是硬度等方面的性能都得到了較大的提高。因為在傳統的鋼材產品中硬度和韌性二者之間很難進行平衡，好的韌性代表其硬度性能不達標，反之亦然。而熱處理工藝的使用很好地改善這一現象，促進沖擊韌性和硬度可以進行合理分配。但是在其他鋼材的其他組成成分中由于不同組成成分的影響，對于其回火時間以及其他方面的性能都會產生一定的影響，各種缺陷的存在導致在進行淬火的時候并沒有完全達到淬火要求，導致所得到的產品的硬度較低，透性比較差，從而在一定程度上對耐磨鋼的強韌性造成影響。

2.1 回火時間影響

通過實驗研究表明，在進行耐磨鋼的力學性能表征的時候發現，鋼材在經過熱處理之后其硬度和沖擊性能都非常好，兩個基本性能的要求都達到了使用標準，尤其是在沖擊韌性和硬度等性能方面其匹配度都非常高。數據顯示在經過熱處理之后的沖擊韌性和普通處理方法所得到的耐磨鋼沖擊韌性性能提高四到五倍，達到了與其的結果。但是從實驗結果可以看出在進行鑄造的時候存在的缺陷還是比較多的，比如在進行回火處理的時候時間不夠充足，并且沒有將淬火油及時的清理干凈，導致在進行硬度測試的時候數據不是很理想，最終會嚴重影響耐磨鋼的沖擊韌性。

2.2 氣孔影響

在進行實驗的時候，剛才鋼材鑄造其存在的缺陷也比較明顯，比如說氣孔問題比較嚴重，氣孔的存在會大大降低產品的有效截面積，同時會導致存在氣泡的地區所產生的應力比較集中，而這也是在鋼材加工成零件使用過程中常常那個發生斷裂或者是裂紋的來源。如果最終產品中出現了上述形狀不規則的氣泡，那么產品的缺口敏感性會大大提高，同時也會在一定程度上降低產品的疲勞強度，也就是說產品的沖擊韌性會大大降低。

2.3 不同元素影響

因為在耐磨鑄鋼的生產過程中鉻元素和硅元素是必須添加的，并且其含量相對較高，所以導致在硬度增加的基礎之上沖擊韌性有一定的下降，而實驗研究表明所得到的耐磨鑄鋼存在的脆性斷口也屬于一種宏觀上的斷裂，同時也是一種解理斷裂，可以在斷裂面清晰地看到斷裂的河流式花樣紋理。這些分布的花紋的種類主要有韌窩式花紋和山脊式花紋，存在這一類花紋的耐磨鑄鋼的塑性一般相對較低并且也比較淺。此外在斷裂面還可以看到部分小平面，其中包含斷裂式花紋，表現為較短并且彎曲，一般將這些斷裂稱作為準解理性斷裂。但是如果在生產過程中通過有效的方法將其沖擊韌性提高，并且其沖擊韌性可以達到相關白鷗準，那么其也可以評定為準解理斷裂中的一種。因為耐磨鋼中鉻元素和硅的含量比較高，但是就塑性來說相對較低，通過實驗表征，如果在耐磨鋼的斷口處存在孔坑，也就是常說的韌窩，這種情況有較大可能存在異相顆粒或者是非金屬的夾雜物，其存在使得形成了韌窩的核心，如果相鄰的兩個微孔互相連接那么所形成的微孔較大，會導致最終發生變形。

2.4 熱處理工藝優勢

和其他的處理工藝相比較而言，熱處理工藝在經過退火之后可以讓組織成分更加的均勻化，同時可以提高淬火的溫度以及提高耐磨鑄鋼中鎳和鉬的含量。通過研究可以發現在鋼液中加入適量的鉬元素可以大大提高鋼的韌性，而鎳元素的加入可以顯著提高鋼的強度，同時還能夠保證鋼的韌性和塑性不會受到太大的影響，因為實驗結果顯示其沖擊韌性較高，并且其斷裂形式為塑性斷裂，所以說剛強韌性耐磨鑄鋼的生產使用熱處理工藝是非常合適的。

3 組織性能分析

3.1 金相組織分析

在金相組織中分析可以看出所形成的組織特點為殘余奧氏體和馬氏體，根據材料特點分析可以得知，通常馬氏體其尺寸相對較大，所以在生產過程中其塑性、韌性都非常差，并且其沖擊韌度也相對較低。而在金相組織分析中可以看出所包含的殘余奧氏體和馬氏體很少，并且馬氏體也是屬于板條馬氏體中的一種，在其中存在大量的位錯，因此也被稱為錯位馬氏體，對其硬度產生影響的主要因素為碳的含量。根據馬氏體的性能可以得知含碳量越高，馬氏體的硬度越大，所以對于耐磨鑄鋼的組織韌性會產生一定的影響。所以在生產工藝優化中碳的加入量不宜過多，而進行沖擊韌性測試的時候也不能夠過高。實驗結果顯示提高淬火溫度，可以有效的提高組織的均勻性以及分布的均勻性。

3.2 淬火溫度組織的影響

在鑄鋼生產過程中如果淬火溫度較低，因為在高溫奧氏體溶解液中硅、錳、鉬等元素的含量相對較低，所以對其穩定性會產生一定的影響，而其組織為馬氏體和殘留奧氏體。并且在經過910℃淬火之后所形成的馬氏體其大小不均勻，導致其沖擊韌性不夠，組織組成為馬氏體和殘留奧氏體。而伴隨著不斷將淬火問題提高，溶解于高溫奧氏體中的硅、錳、鉬等元素也逐漸增加，不斷的增加高溫奧氏體的淬透性，其排列整齊，分布也相對比較均勻。但是如果淬火溫度過高，會導致高溫奧氏體中硅、錳等元素的含量過高，而奧氏體的晶粒尺寸也逐漸變大，導致在淬火之后所形成的馬氏體板條大小不一，殘留奧氏體的數量逐漸增多，最終會對其硬度產生一定的影響。

3.3 回火溫度對組織的影響

分析產品經過930℃淬火之后以不同回火工藝所得制品的顯微組織可以看出，在經過210℃回火時，由于溫度較低，所以在組織中含有較多的殘留奧氏體，所以沒有較好的沖擊韌性。而適當的將回火溫度提高至240℃可以有效降低在淬火過程中所產生的馬氏體內應力，并有效提高其韌性。而當溫度繼續升高至260℃時，會導致雜質元素偏聚，從而降低其沖擊韌性。所以說在進行回火工藝時回火溫度的控制時非常關鍵的。

4 結語

綜上所述，耐磨鑄鋼材料的種類有多重，其中高錳鋼是具有特殊性能的一種，這種剛才在使用過程中的特點就是如果給其施加沖擊負荷以及高壓可以使其產生強烈的硬化反應，因此通過改善這兩個條件可以得到耐磨性較高的材料。并且通過合理的工藝優化所得鑄鋼的沖擊韌性以及硬度等方面性能都可以得到較好的提高。研究開發的高強韌性耐磨鑄鋼的應用效果也十分顯著，具有很好的經濟效益。

參考文獻

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