钢铁的磨损与堆焊

1、钢铁的磨损与堆焊【概述】众所周知，磨损是摩擦的必然结果，它导致材料和能源的消耗。磨损是引起机械零件失效的主要原因之一，约75%的机器零件由于磨损而报废。我国每年因磨损消耗的材料就有一佰万吨以上，加上停机和维修费用，造成了数十亿元的经济损失。据有关统计，世界上大约有1/3口1/2的能源消耗在各种不同形式的摩擦上，因磨损造成的损失高达一千亿美元。可见提高材料的耐磨性是一项具有重大的社会经济意义。磨损分类的方法很多，按机理可分为粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五个基本类型。机械零件的磨损常常不是单一，往往函盖几种磨损形式，而且磨损形式随着工作条件的改变而改变。由于磨损过程的复杂性

2、，且涉及到材料学和摩擦学等多门学科，以至于至今尚无统一的理论和模式来描述磨损的本质与过程，在磨损机理上也存在着不同的认识。在检测手段也不尽完善，故很难做到真正有效地控制。提高机械零件耐磨性的办法很多，堆焊可以说是一种简单、有效而经济方法，堆焊的优势是：工艺简单、设备投资少、制造周期短，费用低，耐磨效果好等特点。其用途主要有两个方面：修复旧零件。机械零件（如轧辊、轴类、农机零件、采掘机件等易磨损件）在长时间使用后发生了磨损，被磨损部位尺寸变小而造成机械零件无法正常使用（或密封失效）。若该零件价值低、又容易购到或制造，我们一般做法就是更换新零件；若该零件价值较高更换新零件在经济上不合算，或很难购到

3、、制造周期又长，这时采用堆焊修复是个明智的选择，而且经堆焊修1.21.2冲击磨损复零件的使用寿命往往又超过原零件。可见堆焊修复再某些场合是不可缺少复零件的使用寿命往往又超过原零件。可见堆焊修复再某些场合是不可缺少的。制造新零件。堆焊可制作双金属零件，这种零件包含基层和堆焊层，基层一般采用碳钢或低合金钢，保证零件的强度、韧性和基本尺寸的要求，具有造价低、材料易采购等特点；堆焊层可以根据零件不同的工作性质和需要，选择不同的堆焊焊条堆焊而成，以满足不同的技术要求。这样既充分发挥材料的工作潜力，又节省了大量贵重合金材料的消耗。故推广堆焊具有重大的经济价值。以下对最常见的四种磨损形式与读者进行交流，以期

4、能起到抛砖引玉的作用。1磨损类型1.1金属-金属间磨损从微观角度来看，金属表面总是粗糙不平的，当两个金属表面相互摩擦时，实际接触上的只是表面那些较高微突点。所以在摩擦滑动过程中接触点承受很大压力以至发生塑性变形并更紧密地接触摩擦，局部产生高温而焊合，随后发生撕裂从而造成金属表面的破坏，这种磨损称为粘着磨损。但往往金属摩擦表面之间常带有一些铁屑、砂子等磨料，故除了粘着磨损外，金属表面还承受磨粒磨损，我们把这种以粘着磨损为主兼含磨粒磨损的综合磨损形式称为“金属-金属间磨损”。发生这种磨损场合很多，例如齿轮、轴、滑动轴承、车轮、冷轧辊及模具等零件在工作中，常发生“金属-金属间磨损”坚硬，容易对金属表

5、面产生显微切削，结果金属颗粒从金属表面上被削下来而在金属表面形成划痕，久而久之，随着划痕的不断产生和积累，便在金属表面留下严重的凿沟，致使金属的磨损破坏，这种磨损称为冲击磨损，也称为凿削式磨粒磨损。发生冲击磨粒磨损的场合也很常见，如破碎机颚板、挖掘机斗齿、破碎锤头、铁路道岔、履带板等在工作时，都存在冲击磨损。1.3冲刷磨损当固体磨料比较自由地与金属表面相接触作相对运动，双方相互作用的应力比较小，冲击力也不大，虽然摩擦不是十分剧烈，然而磨损依然存在，只是速度比较缓慢而已（如果固体磨料硬度很高，则磨损速度就会加快）；但随着磨损的不断积累，久而久之，金属表面也会产生明显的磨损，最后结果导致了金属零件

6、的磨损失效，这种磨损称为冲刷磨损，也称为低应力磨粒磨损。发生冲刷磨损的场合也是常见的，如搅拌机叶片、推土机刃板、制砖机螺旋绞刀、犁铧等在工作时，都存在冲刷磨损。.碾4碎式磨粒磨损在磨料碾碎过程中，摩擦面间的压力大于磨料的压溃强度时，磨料被不断地碎化直至到规定尺寸，但同时磨料也会刮伤或嵌入金属摩擦表面，引起金属表面的塑性变形或剥落，最终导致金属的磨损破坏。这种磨损称为碾碎式磨粒磨损，也称为高应力磨粒磨损。如滚压机对滚轮、球磨机的衬板及磨球等碾磨零件在工作时也都存在碾碎式磨粒磨损。.减少磨损的方法金属-金属间磨损采取润滑:润滑油（脂）在金属表面形成润滑膜，可阻止金属表面直接采取润滑发生接触并大大减

7、小摩擦力。如在齿轮、链条链轮等传动机构上采用适当的润滑，会明显地减小磨损。选择合适的配伍材料：摩擦副材料的配伍对粘着磨损至关重要。如蜗轮蜗杆传动机构，蜗杆采用中碳调质钢，蜗轮齿面则采用锡青铜，这样可以减少胶合。采用表面化学热处理：实践证明对金属表面进行渗碳、渗氮或碳氮共渗，使金属表面抗胶合能力大大提高了。如对丝杆螺纹表面常常进行碳氮共渗等处理。2.冲2击磨损高锰奥氏体耐磨钢是一种著名的抗冲击磨损材料，高锰钢具有很高的加工硬化能力和优异的冲击韧性，在冲击应力作用下，金属表面层容易产生塑性变形，诱发相变而转化为高硬度的马氏体，结果使金属表面层具有很高的耐磨性而芯部仍具备优异抗冲击性能，从而有效抵制

8、冲击磨损，延长了金属零件的使用寿命。故高锰钢得到广泛的应用。但用于冲击磨损的耐磨件往往都是铸造的，所以在配料时要特别注意对化学成分的控制，应遵循以下三个原则：不能使高锰钢过于稳定，以至还来不及硬化就被磨损掉。碳化物含量不能过高，否则无法保证其冲击韧性。适当加入一些合金元素（如、等），以改善碳化物的分布。2.冲3刷磨损在冲刷磨损过程中，固体磨料往往大都是岩石、沙砾等，虽然对金属表面的冲击力小，但本身具有很高的硬度（左右）,对金属摩擦表面很不利。所以要提高金属的磨损寿命，就必须要求金属表面耐磨层具有高碳马氏体+碳化物的显微组织，而且碳化物的硬度最好超过，只有这样才能有效地抵制岩沙的长期冲刷侵害，延

9、长耐磨件使用周期；按此符合要求的金属材料常见也只有两类，即高合金系和高合金系，它们不但具备很好的抗冲刷磨损性能，而且抗腐蚀、抗高温能性也很优异，所以应用相当广泛。单从抗磨性角度来看，当然期望越耐磨越好，但有时还要照顾到金属零件的可焊性（假如需要进行焊接）和可机加性（硬度太高很难机加）等，故必须综合考虑。2.碾4碎式磨粒磨损针对不同的场合选择不同的材料对于硬度高、强度低易于压溃的磨料，在碾磨或碾压过程中，磨料强度低不足使金属产生塑性变形，但磨料硬度高会划伤金属表面，故只要求金属具备高的硬度，所以应选择高铬白口铸铁。对于硬度低、强度高不易于压溃的磨料，在碾磨或碾压过程中，由于磨料强度高足以使金属产

10、生塑性变形，若金属材料脆性大，即使是硬度再高也容易产生剥落，故要求金属不仅要有高的硬度，而且还要具备一定的韧性，所以应选择中碳马氏体合金工具钢。对于硬度高、强度高难以压溃的磨料，而且在碾磨或碾压过程中还带有一定的冲击力，由于磨料强度高容易使金属产生塑性变形，磨料硬度高容易划伤金属表面，故应选择合金稀土化的高猛钢或奥氏体高钒白口铸铁等。3.堆焊焊条的选择金属-金属间磨损轴类：轴类零件常常要传递扭矩并承受弯矩，是一种重要的结构件，故常用45#40Cr等材料制造，并进行调质处理以得到最佳的综合机械性能。故宜选用D112D126焊条。故宜选用D112D126焊条。齿轮：齿轮材料一般采用中碳合金钢，也常

11、用45#、40Cr等材料，先经调质处理使之具备高的综合性能，再经表面淬火处理使之表面具备高的硬度，这样使得齿轮“内柔外刚”具备优良的负载能力和抗金属-金属间磨损能力。故宜选用D132、D172、D212焊条。冷冲模具：模具材料常见的有T10、9CrWMn和Cr12MoV,但多数采用Cr12MoV高铬工具钢。由于它们的可口性太差，几乎无法进行堆焊修复，但常常弄得事倍功半，可见模具堆焊修复实难广泛推广，然而堆焊用于模具制造（即双金属模具）却是屡见不鲜,这种作法通常采用45#钢作为模具基材并开好坡口，再用堆焊焊条在基材坡口上进行堆焊具刃口,这也意味着堆焊层的性能就决定模具的使用寿命并开好坡口，再用堆

12、焊焊条在基材坡口上进行堆焊具刃口,这也意味着堆焊层的性能就决定模具的使用寿命选择是至关重要的.为了满足模具的使用性能，故宜选用冷轧辊:轧辊材料可以采用冷硬铸铁的材料采用不同的堆焊焊条.铸铁做的轧辊选用D386焊条.3.2冲击磨损一般选择、焊条。3.冲3刷磨损固体磨料硬度低的场合（如土壤）：能空淬成中碳马氏体组织，硬度大于堆焊焊条。固体磨料硬度高的场合（如岩沙）：碳化物（高硬度、含量大15）%组织，堆焊焊条。,最后将堆焊层机加成模,所以堆焊焊条的D322、D386焊条,也可以采用合金工具钢,针对不同D007焊条,钢做的轧辊选用一般磨损比较缓慢，只需保证堆焊层就够了，所以可选择、应保证堆焊层能空淬成高碳马氏体+所以应选用、碾4碎式磨粒磨损用于修复旧场合比较少见。用于制造耐磨件情况较多，由于采用双金属层来制造耐磨件，所以基层材料的强度韧性一般都可以得到保证（如用作基层）