耐磨铸铁和钢

1、上节内容回顾n微动磨损定义微动磨损定义n微动磨损的过程微动磨损的过程n微动磨损的理论：微动磨损的理论： Uhlig理论理论n微动磨损的影响因素：材料组织、结微动磨损的影响因素：材料组织、结构；载荷；湿度；氧化构；载荷；湿度；氧化Fe-C相图相图Fe-C相图要点简析n碳在铸铁-钢种四种形态铁素体奥氏体渗碳体游离的石墨n三个转变反应1495奥氏体1148奥氏体和渗碳体的混合物，莱氏体727铁素体和渗碳体的混合物，珠光体Fe-C相图要点简析n碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响n铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体和渗碳体两相组成。n渗碳体是强化相，随含碳量的增加，渗碳体的越多，合金的强度越高，但塑性和韧

2、性显著下降。 抗磨合金铸铁n根据铸铁中高碳相（石墨相）的存在形态，抗磨铸铁分为白口铸铁和球墨铸铁。n铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可从渗碳体分解来获得。n白口铸铁不含石墨相n含石墨相的，根据石墨形态可分为：灰铸铁（石墨呈片状）；球磨铸铁（石墨呈球状）；蠕墨铸铁（石墨呈蠕虫状）白口铸铁犁铧白口铸铁犁铧石墨组织显微图灰铸铁球墨铸铁抗磨合金铸铁n白口铸铁根据铸铁中主要合金元素的种类与添加量的多少，又可将其分为普通白口铸铁、镍硬铸铁和铬系白口铸铁n球墨铸铁则指马氏体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁和中锰球墨铸铁铸铁的抗磨性能，不仅取决于其服役的条铸铁的抗磨性能，

3、不仅取决于其服役的条件，如摩擦副材料的选择、润滑条件、介件，如摩擦副材料的选择、润滑条件、介质环境、载荷以及速度等，还与铸铁本身质环境、载荷以及速度等，还与铸铁本身的化学成分及组织结构有紧密的关系。的化学成分及组织结构有紧密的关系。就铸铁的材质而言，主要影响因素是石墨、就铸铁的材质而言，主要影响因素是石墨、基体组织的影响。基体组织的影响。石墨对铸铁耐磨性的影响n优点：石墨独特的结构使其在相对滑动时，其低能解离面会发生转动，使之基本平行于滑动界面，能够降低摩擦磨损。（易切削加工、铸造性好等）n缺点：在摩擦磨损过程中，石墨有削弱基体的作用，石墨强度低、韧性极低，相当于基体内的裂纹或空洞，减小了基体

4、的有效截面，并引起应力集中，导致抗拉强度降低。设计原则：合理的利用石墨提高耐磨性组织对铸铁耐磨性的影响n黏着磨损、磨粒磨损定律：材料硬度越高、耐磨性越好。n疲劳磨损：断裂韧性高，耐磨性越好n组织选择：铁素体奥氏体珠光体渗碳体普通白口铸铁n普通白口铸铁组织、结构特点 高碳低硅 含碳量增加提高硬度，同时脆性增加，并容易出现石墨相。 硅含量增加，降低共晶含碳量，促进石墨相生成。 促进石墨化元素（C、Si、Al、Ni），阻碍石墨化的元素（Cr、W、Mo、V、Mn）n耐磨应用： 硬度较高、脆性大，但因价格低廉、生成简便，目前应用在农业机械镍硬铸铁n镍硬铸铁是含镍、铬的白口铸铁，含铬含量分为2%、9%两类

5、。n铬：促进形成（Fe，Cr）C的化合物，提高碳化物硬度；镍：主要溶入金属基体中，能有效提高淬透性，促使形成马氏体获贝氏体基体。镍硬铸铁抗磨性及应用n镍铬铸铁可用于许多磨损工况，比普通白口铸铁优越，可与其它白口铸铁、合金钢竞争。当代替钢时，必须保证在使用条件下不破裂。n优点：硬度高、抗腐蚀磨损；缺点：韧性、抗冲击疲劳差n应用工况：磨煤机的墨辊、磨环；杂质泵叶轮；输送管道；轧辊等低铬铸铁n为了提高铸铁的抗磨性，防止在铸铁中出现石墨组织，向铸铁中添加一定数量的碳化物形成元素铬从而形成低铬铸铁。铬含量2%5%。n组织、结构与普通白口铸铁基本相似，仅碳化物存在差异（Fe，Cr）3C。低铬铸铁抗磨性及应

6、用n韧性与普通白口铸铁相当，但硬度增加，抗磨性比普通白口铸铁有较大的提高。n主要应用于球磨机磨球。n稀土元素添加可改善碳化物形态、细化晶粒、脱氧、脱硫和净化铁液。球磨机中铬铸铁n中铬铸铁含铬量510%， 共晶碳化物为（Fe，Cr）3C， （Fe，Cr）7C3两相。n含铬量增加，硬度计抗蚀性增加，可用于中等冲击载荷的磨料磨损和冲蚀磨损的工况。高铬铸铁n铬含量大于12%的白口铸铁，是目前国内外最为广泛的抗磨铸铁之一。n（Fe，Cr）3C， （Fe，Cr）7C3， （Fe，Cr）23C6三相碳化物。高铬铸铁的性能及应用n高铬铸铁具有较高的含铬量、良好的硬度、抗蚀性及抗氧化性，同时具有普通白口铸铁的韧

7、性，因此广泛的用于各种磨料磨损场合以及各种高温磨损和腐蚀磨损的工况。n球磨机的磨球、磨煤机和立式磨机的磨辊、磨盘以及破碎机的小锤头等部件。破碎机马氏体球墨铸铁n成分：C（3.4-3.9）、Si（2.2-2.5)、Mn（0.8-1.2）n组织：马氏体+球状石墨+残余奥氏体n淬火处理+低温回火获得高硬度的马氏体基体的球磨铸铁。n常用于冲击磨料磨损工况，物美价廉，比如水泥球磨机衬板。贝氏体球墨铸铁n成分：C（3.4-3.9）、Si（2.5-3.5)、Mn（2.0-3.5）nMn的作用在于推迟奥氏体向珠光体的转变，抑制珠光体的形成，从而为得到更多的贝氏体创造了条件。nSi对锰碳化物的形成有较好的抑制作

8、用。B对获得贝氏体是有益的。n淬火+回火贝氏体球磨铸铁性能及应用n贝氏体球墨铸铁因硬度高、韧度和抗冲击疲劳性能较好，常用于球磨机磨球、衬板。n矿山湿磨状况，其抗磨性能优于高铬合金铸铁抗磨合金钢n 抗磨合金钢是一类用于磨损工况的特殊性能钢，其主要特征是在磨损条件下具有较高的强度、硬度、韧性和耐磨性。n低合金钢：含量不超过5%； 中合金钢：含量510%； 高合金钢：含量大于10%n按组织结构分为珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体和莱氏体钢。n按用途分为结构钢、工具钢和特殊性能钢（我国常用的分类方法）影响钢耐影响钢耐磨性因素磨性因素含碳量含碳量合金合金 元素元素金相金相组织组织碳化物碳化物耐磨合金钢含碳

9、量的影响对于碳钢来说，适当的增加含碳量，可以提高耐磨性。对于碳钢来说，适当的增加含碳量，可以提高耐磨性。0.20.3%C 淬火后获得低碳板条马氏体组织，淬火后获得低碳板条马氏体组织，韧性高并有适当的硬度韧性高并有适当的硬度(HRC4050)适用适用于要求韧性高，耐磨性较低的工件。于要求韧性高，耐磨性较低的工件。 0.40.6%C 淬火后获得混合型马氏体组织，适淬火后获得混合型马氏体组织，适用于要求较高耐磨和足够韧性的工件。用于要求较高耐磨和足够韧性的工件。0.60.9%C 淬火后显微组织以片状孪晶马氏体淬火后显微组织以片状孪晶马氏体为主，硬度高为主，硬度高(HRC60)，脆性大，适用，脆性大，

10、适用于要求较耐磨高、韧性较低的工件。于要求较耐磨高、韧性较低的工件。 低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢溶于固溶体，形成溶于固溶体，形成碳化物提高淬透性，碳化物提高淬透性，增加回火脆性，增加回火脆性，2%脱氧、去硫、净化脱氧、去硫、净化钢液、细化晶粒、钢液、细化晶粒、改善钢的质量改善钢的质量只溶于固溶体，只溶于固溶体，使使F强化，提高钢强化，提高钢的回火能力的回火能力强烈提高淬透性强烈提高淬透性过高使脆性增大，过高使脆性增大，可获可获B组织组织溶于固溶体和合金溶于固溶体和合金渗碳体渗碳体(Fe,Mn)3C，提高淬透性，提高淬透性，2%只溶于固溶体，提只溶于固溶体，提高淬透性、塑性、高淬透性

11、、塑性、韧性，韧性，1%合金元素合金元素的影响的影响Cr稀土稀土SiBMnNi合金元素的影响低合金耐磨钢n低合金耐磨钢具有良好的耐磨性和强韧综合力学性能，成本较低。n常用合金元素：Cr、Mo、Si、Mn、Ni、REn用于球磨机衬板、筛板、破碎用锤头、锤柄，水轮机转轮等合金钢的编号n首位数字为碳含量，结构钢以万分之一为单位数字（两位数）、工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）；对于碳质量分数超过1%时，不标出。n40Cr、5CrMnMo、CrWMn合金钢的编号n碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字表明，平均质量分数小于1.5%时，不标出，平均质量分数为1.5%-2.49%标2，2.5%3.49%标3，以此类推。n专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。n25CrMO（低合金钢）、ZG35Cr4WMoV（中合金钢）、GCr15（高合金钢）工程材料工程材料，朱张校主编，清华大学出版社，朱张校主编，清华大学出版社中合金耐磨钢n合金元素总含量在510%之间为中合金钢。n耐磨中合金钢适用中小冲击、磨料磨损工况条件下的一类材