高釩高速鋼、高鉻鑄鐵耐磨性分析

司岸恒，劉冬冬

（1.河南科技大學(xué) 河南省耐磨材料工程技術(shù)研究中心，河南 洛陽 471003；2.河南科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

高釩高速鋼是近年出現(xiàn)的一種新型耐磨材料，因其組織中含有大量高硬度的釩碳化物而具有優(yōu)良的耐磨性，國外已成功應(yīng)用于生產(chǎn)軋輥，耐磨性可比高鉻鑄鐵提高3～5倍。作為新一代耐磨材料，高釩高速鋼備受關(guān)注。和其他高速鋼相比，高釩高速鋼耐磨性更高，是高速鋼未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。我們針對(duì)高碳高釩高速鋼與高鉻鑄鐵磨粒磨損行為進(jìn)行對(duì)比分析，為在實(shí)踐方面擴(kuò)大高碳高釩高速鋼的應(yīng)用范圍，提高高碳高釩高速鋼的實(shí)用性能提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 化學(xué)成分

高釩高速鋼、高鉻鑄鐵、高錳鋼的主要化學(xué)成分范圍見表1。

表1 高碳高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的主要化學(xué)成分(%)

1.2 試驗(yàn)過程

熔化在50 kg中頻爐上進(jìn)行，澆注成Y型試塊。高碳高釩高速鋼、高鉻鑄鐵均進(jìn)行相應(yīng)的變質(zhì)處理。試樣冷卻、清理后，進(jìn)行熱處理。高碳高釩高速鋼采用1050℃淬火(空冷)，550℃回火處理。高鉻鑄鐵采用1020℃淬火(空冷)，450℃回火處理。用線切割機(jī)切成20×m m 20×m m 120 mm試樣。在J B—300 B沖擊試驗(yàn)機(jī)與H R—150 A型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行沖擊韌性和硬度測(cè)量。

磨粒磨損試驗(yàn)在M L—10磨料磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試樣尺寸為4 mm×4 mm×5 mm。采用N o L20氧化鋁耐水砂紙，壓力250 N，試樣行程20 mm×70 mm。每組取3個(gè)試樣，測(cè)量磨損前后重量差。以3個(gè)試樣的平均失重作為最終磨損量。以試樣平均磨損量的倒數(shù)作為相對(duì)耐磨性。用TG 328B分析天平測(cè)量質(zhì)量，稱重范圍200 g，感量0.1 mg。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 金相組織

高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的金相組織見圖1。高碳高釩高速鋼的典型組織為：釩碳化物(VC)+鉻鉬復(fù)合化合物+馬氏體+殘余奧氏體。高碳高釩高速鋼中的VC硬度高達(dá)HV2600～2800．呈團(tuán)球狀、團(tuán)塊狀均勻分布．間有少量的VC呈桿狀、條狀。高鉻鑄鐵的典型組織為：Cr7C3+馬氏體+殘余奧氏體。Cr7C3顯微硬度為HVL200～1800，呈板條狀分布于基體中。

圖1 .高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的金相組織

2.2 硬度和沖擊韌性

高碳高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的硬度和沖擊韌性見表2。由表2可見，高釩高速鋼與高鉻鑄鐵相比較，在硬度略高的情況下，沖擊韌性提高。用高釩高速鋼取代高鉻鑄鐵用作耐磨件，不僅可以安全的使用，而且可以節(jié)省消耗。

2.3 磨損失重與耐磨性

高碳高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的磨損失重與耐磨性見表3。由表 3可見，在磨粒磨損條件下，，高釩高速鋼的耐磨性是高鉻鑄鐵的3.2倍，表現(xiàn)出很好的耐磨性能。

2.4 變質(zhì)處理對(duì)高釩高速鋼組織的影響

高釩高速鋼常用的變質(zhì)劑有稀土、鈦、鎂、RE-Ti-Mg和富鈰混合稀土+鈦鐵復(fù)合變質(zhì)劑。文獻(xiàn)[4]研究了稀土變質(zhì)劑對(duì)高釩高速鋼初生碳化物的影響，未經(jīng)變質(zhì)處理時(shí)，初生為橢圓形、方形、菱形和多角形等形態(tài)的顆粒。加入0.3%稀土變質(zhì)處理后V C為圓整的球形或近似球形的顆粒，彌散分布在基體中，二元共晶V C受到與之共生的奧氏體限制，呈現(xiàn)為針狀或短桿狀。文獻(xiàn)[5]研究表明，加入1.0%鈦或0.1%鎂變質(zhì)時(shí)，晶粒內(nèi)和晶界上的網(wǎng)狀碳化物得到明顯細(xì)化；同時(shí)加入0.1%鎂變質(zhì)可以顯著減少奧氏體和共晶碳化物的含量，使共晶碳化物的分布有所改善；加入1.4%R E-T i-M g復(fù)合變質(zhì)劑后，顯著改善了碳化物的分布，使晶粒細(xì)化，組織細(xì)小且均勻，絕大部分晶界碳化物呈現(xiàn)斷網(wǎng)狀分布。

表2 高碳高釩高速鋼、高鉻鑄鐵的硬度和沖擊韌性

表3 磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果

2.5 高碳高釩高速鋼高耐磨性原因分析

在磨粒磨損條件下，高碳高釩高速鋼具有優(yōu)良的耐磨性，其主要原因如下：在磨粒磨損條件下，高碳高釩高速鋼具有優(yōu)良的耐磨性，其主要原因如下：碳化物的硬度高，在高碳高釩高速鋼的基體上彌散的分布著大量的VC型碳化物． 而VC的顯微硬度可高達(dá)HV2600～2800，碳化物形態(tài)好。高碳高釩高速鋼中的碳化物VC是離散均勻分布的．其形狀多為球狀、團(tuán)球狀和團(tuán)塊狀，只有少量的VC呈短桿狀和條狀，與桿狀和板條狀的Cr7C3相比，既有利于提高沖擊韌性，又有利于提高耐磨性。淬透性好，基體硬度高。高碳高釩高速鋼具有很高的淬透性。經(jīng)1050℃空冷，550 q c回火的高碳高釩高速鋼的基體組織為馬氏體+殘余奧氏體．經(jīng)我們分析得到高碳高釩高速鋼的顯微硬度為HV 725～802，高于高鉻鑄鐵的基體硬度HV633～72 l。

3 結(jié)語

（1）在磨粒磨損條件下，高碳高釩高速鋼的相對(duì)耐磨性是高鉻鑄鐵的3.2倍。高碳高釩高速鋼中的碳化物硬度高、形狀好、均勻分布在堅(jiān)硬的基體上．是其具有優(yōu)良耐磨性的主要原因。

（2）高碳高釩高速鋼的硬度和沖擊韌性均高于高鉻鑄鐵?？梢猿蔀楦咩t鑄鐵的安全可靠的更新?lián)Q代產(chǎn)品。采取適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳梢允筂 C型碳化物呈顆粒狀彌散均勻分布。對(duì)提高耐磨性及沖擊韌性具有重要意義。高碳高釩高速鋼在冶金礦山行業(yè)有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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[2]Keun Chul Hwang,Sunghak Lee,Hui Choon Lee,Effects of al loying elements on microstructure and fracture properties of cast high speed steel rolls Part II.Fracture behavior.1998.1998.254(1-2):296-304

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[5]于新泉，關(guān)紹康，王利國等.變質(zhì)處理對(duì)復(fù)合軋輥用高速鋼組織和性能的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2003，15（1）：46-51