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2019
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06
浅谈磨材料中各化学成分的耐磨作用
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耐磨材料的研究，目前正面临着一个激烈竞争的时代，但同时也拥有一个美好和广阔的前景。因为有工业就有磨损，工业越发达，需要的耐磨材料就越多。相信经过努力，耐磨材料与磨损技术一定会取得新的进。随着工业化的不断发展，我国金属耐磨材料经历了三个阶段：第一代耐磨材料——高锰钢。优点：韧性极好,在强冲击条件下产生加工硬化；缺点:易发生塑性变形,不耐磨。第二代耐磨材料——镍硬铸铁。优点:硬度高,耐磨性好；缺点:碳化物含量高，脆性较大,稀有金属镍的加入量较大，生产成本高，应用范围小。第三代耐磨材料——高铬铸铁和各类合金钢。高韧性、低成本及良好的耐磨性，使得各类合金钢得到快速发展。下面我们就来分解说分析一下各种化学成分在耐磨材料里面起到的作用：
锰:是形成奥氏体的元素，对碳化物的形成也起作用，过高的锰将使组织中出现奥氏体，奥氏体组织不适宜作磨球，因为奥氏体磨球不论在干磨和湿磨中，都会造成大量破碎和剥落，但由于脱氧和去硫都用锰,因此锰的含量在耐磨球中不可以过高。
碳:高锰钢铸件耐磨性不是含碳量越高越耐磨，而是有一个极限值，当含碳量>1.4％后铸态析出碳化物很多，水韧处理时碳化物不能完全溶到奥氏体中去，间隙固溶的碳化物也达到了饱和，这样不仅对耐磨性没有好处，而且降低材料的强度和韧性，服役时容易断裂。
硅：含硅量高，降低碳在奥氏体中的溶解度，碳化物在晶界上析出增多且肥大，水韧处理后，在晶界上留下较大的显微疏松，但为了完全消除，钢中的含硅量，控制在0.4—0.6％最佳，含硅量>0.8％对高锰钢各项性能无明显影响。
锰：高锰钢由于含锰量高，钢的铸态组织为奥氏钵及碳化物，经1000摄氏度左右加热水淬处理(通常称水韧处理)后。绝大部分碳化物固溶于奥氏体中，钢的组织为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物。
硫：由于钢中含锰量高，能生成大量的MnS从渣中排出。又由于是在碱性渣中熔炼，硫可顺利降低到0.03％以下。这样低的硫量对钢的强度、韧性和耐磨性均无明显影响。
磷：磷单独溶解在钢中很少，常以Fe2p，Fe3P的形式存在于晶界上使钢的强度、韧性和耐磨性大为降低，碳含量高加剧了P以共晶形式析出在晶界上。为了保证性能，应遵循以下关系：C%=11.27-2.761×P%。生产中要控制磷含量≤0．08％：重要、复杂、厚壁件≤0．07％。
铬:铬是碳化物形成元素。铬除与碳结合成碳化物外，其余部分溶于基体内，从而提高基体的电极电位，对抗腐蚀是有利的。若其含量较小时，可能会出现M3C型碳化物，使硬度和韧性都降低。若其含量较大时，结晶时碳化物数量显著增多，使韧性明显下降，同时由于基体中含碳量降低，导致基体的硬度降低，从而耐磨性下降。但现在已经有部分厂家采用特殊的生产和处理工艺解决了这个问题，使铬的含量最大可达到30%。
钒(钛):这两种元素是生铁中自然带入的，于微量合金元素，它们能形成硬度很高的碳氮化物,弥散在基体中，有利于提高基体的显微硬度和耐磨性，同时对晶粒的细化也是有利的。
镍(铜):镍(铜)是奥氏体形成元素，多加了组织中出现奥氏体。在屈氏体磨球中加镍主要作用是提高基体电极电位，提高耐蚀性，但多加不经济，微量即起作用。
钼:钼的主要作用是细化基体，细化碳化物，提高基体的电极电位，提高耐蚀性。因价格高，加不经济。在金属型铸造条件下，加入少量即可起明显作用，实用于有特殊要求的耐磨钢球。
在这么多的化学元素如何搭配才能让材料达到最佳的耐磨效果呢？这是耐磨材料优化选取的首要原则，要根据不同耐磨材料的不同使用工况，作合理的选择。首先，要正确分析工件的使用工况条件及其磨损机理,了解各种耐磨材料的性能指标，使其在最佳工况下发挥最佳效果，这对于减少磨损，降低能耗，节约能源，延长使用寿命，具有直接的意义。柳州双铠工业有限公司专研耐磨材料10余年，在金属元素搭配与非金属结合方面取得了良好的成绩，它自主研发的熔瓷衬板、瓷粉合金衬板都是国家的专利产品，在钢铁、水泥、码头、矿山等物料输送系统上能够起到远远超越一般耐磨材料的效果，为客户尽可能低的生产成本和较高的使用寿命，以降低综合成本，从而提高经济效益和社会效益。
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