低合金耐磨钢

低合金耐磨钢
1合金元素对低合金耐磨钢的作用
低合金耐磨铸钢中的合金元素，对提高钢的强韧性，提高淬透性，淬硬性，防止回火脆性，获得理想的组织、性能都有重要的作用。

1.1硅
硅缩小钢的γ相区，具有脱氧和固溶强化钢的作用，有助于提高钢的耐磨性，低合金马氏体耐磨钢中，常控制硅含量在0.4%-1.8%。

在贝氏体钢中，硅具有强烈抑制碳化物析出的作用，使奥氏体具备较高的稳定性。

1.2锰
锰具有脱氧和固溶强化基体的作用，锰降低奥氏体分解速度，大幅度提高钢的淬透性，但是锰具有过热敏感性，淬火时，加热温度过高会引起晶粒粗大，并有增加残余奥氏体量的作用。

低合金耐磨钢中锰含量常控制在0.3%-2.0%。

1.3铬
铬推迟过冷奥氏体的转变，增加钢的淬透性，尤其与鉬、镍、锰、硅的配合，能较大幅度提高钢淬透性。

铬具有较大的回火抗力。

低合金耐磨钢中常控制在0.5%-2.2%。

1.4鉬
鉬能够细化低合金耐磨钢的铸态组织，热处理能够强烈抑制奥氏体向珠光体转变，显著提高钢的淬透性，并能防止回火脆性的发生。

鉬能使TTT曲线向右移，并使珠光体与贝氏体转变曲线发生分离。

一
般根据尺寸和壁厚控制鉬的加入量，低合金耐磨钢中常控制在
0.2%-1.2%。

1.5镍
镍形成和稳定奥氏体，可提高钢的淬透性，使组织在常温下保留一定的残余奥氏体，以提高韧性。

镍还有一定的抗腐蚀能力，含镍的低合金钢有较高的抗腐蚀疲劳性能。

低合金耐磨钢中镍含量常控制在0.1%-1.5%。

2多元低合金耐磨钢的特点及用途
多元低合金耐磨钢，经“淬火+回火”热处理，硬度高，耐磨性好，具有良好的强韧性，使用中不易变形断裂，适用于挖掘机、装载机斗齿，拖拉机履带板、破碎机板锤和锤头，球磨机衬板以及小型鄂板等耐磨件。

3低合金耐磨钢的种类、特点及应用
3.1水淬低合金耐磨钢
水淬低合金耐磨钢碳含量低于0.27%，可获得板条状马氏体+残余奥氏体组织，具有良好的塑韧性，但淬火后硬度较低，小于45HRC 抗磨能力不足。

碳含量大于0.33%时，硬度增加不大，但韧性损失较严重。

当碳含量大于0.38%时，水淬时易出现淬火裂纹。

因此水淬耐磨钢的碳含量一般控制在0.25%-0.35%，常用0.28%-0.33%，此时可获得硬度48HRC-52HRC甚至更高的硬度，同时也具备较好的强韧性。

碳量不同获得的硬度和韧性不同。

水淬低合金马氏体耐磨钢，特点是碳含量低，为0.2%-0.35%，淬
火后得到板条状回火马氏体组织，抗断裂能力高。

水淬热处理的中碳低合金牌号主要为ZG30CrMnSiMo、ZG30Mn2Si 、ZG30Mn2CrSi、ZG30CrNiMo。

为保证中碳低合金马氏体钢韧性储备，常进行孕育变质处理，采用RE（0.10%-0.15%），B(0.005%-0.007%)，对ZG30CrMn2Si进行孕育变质处理，细化晶粒，改善马氏体亚结构，改变钢中夹杂物形状、大小和分布，提高了冶金质量。

对孕育变质处理的ZG30CrMn2Si进行900℃-1100℃淬火和100℃-250℃回火处理，硬度值最高可达50.5HRC，，并可获得高的冲击韧度。

其10mm×10mm×55mm无缺口试样，冲击韧性由未孕育变质处理前的20J/cm2-60J/cm2提高到100J/cm2以上。

此时马氏体板条间分布着韧性好的奥氏体薄膜，回火碳化物数量增多，并弥散分布于马氏体板条内，使钢的综合性能明显改善。

在非强烈冲击条件下，具有比中锰钢、高锰钢更好的耐磨性能。

当低合金马氏体铸钢碳含量升高，水淬产生强大的内应力会使零件出现淬火裂纹，甚至断裂。

ZG30CrMnSiMo硬度达50HRC时，a kn可达200J/cm2，并满足下式：HRC=50+2.5x a kn=200-50x ，x可取（-1,0,1），可用于中高冲击磨料工况。

3.2油淬低合金马氏体耐磨铸钢
油淬低合金马氏体耐磨铸钢主要牌号有：ZG40CrNiMo、ZG42Cr2Si2MnMo、ZG45Cr2Mo。

用于制造水泥球磨机衬板。

ZG42Cr2Si2MnMoRE衬板经930℃油淬+250℃回火热处理，金相组织是回火马氏体和少量残余奥氏体，衬板本体硬度可达56HRC-57HRC，a kn可达46J/cm2-84J/cm2。

油淬低合金马氏体耐磨铸钢碳含量比水淬低合金耐磨铸钢较高，冷却速度较慢，使材料热处理应力较小，韧性储备较高，可减缓铸件的内应力，减轻裂纹倾向，但此类钢易得到混合组织，需要改善淬透深度好淬硬程度，不利于局部淬火，操作环境差。

3.3空淬低合金马氏体耐磨铸钢
Si-Mn-Cr-Mo空淬耐磨铸钢化学成分：0.4%-0.6%C 0.7%-1.0%Si 1.3%-1.5%Mn 0.7%-0.9%Cr 0.5%-0.6%Mo，在此范围内风冷可使75mm断面得到全马氏体组织，如加入1.5%Ni可以在风冷时得到马氏体组织的断面为125mm。

通过“空淬+回火”热处理，这类钢具有良好的强韧性，较高的硬度和耐磨性，且耐磨件热处理应力较小。

但低合金耐磨铸钢要通过空淬得到马氏体，要求钢中有较高的含碳量和合金含量，以保证足够的淬透性。

工艺简单，但热处理冷速低，易生成混合组织。

3.4贝氏体耐磨铸钢
通过连续冷却热处理和通过等温淬火工艺生产以贝氏体为主要组织的低合金耐磨铸钢，前者，在空气中连续冷却淬火，可能得到淬火混合组织，后者，工艺相对繁琐，不利于生产规模化和生产较大的铸件。

准贝氏体耐磨钢
加入硅或铝等抑制碳化物形成元素，使组织中没有碳化物。

加入较多的锰使贝氏体和珠光体转变区分开，并使贝氏体转变线位于珠光体左边，在空冷条件下获得无碳化物贝氏体和分布于铁素体条间（准上贝氏体）和条内（准下贝氏体）的残余奥氏体膜。

由于准贝氏体组织中残余奥氏体膜的合理分布，使具有比其他贝氏体组织及回火马氏体组织更好的塑性和韧性，而强度和硬度仍维持在较高的水平，使材料表现出优异的耐磨性。

利用硅在等温转变过程中强烈抑制碳化物析出的特点进行等温淬火得到无碳化物贝氏体和被碳、硅稳定化了的奥氏体组成的奥-贝双相组织，具有优异的综合力学性能，即高的强度、硬度以及良好的冲击韧性。

Si1.5%-3.5%
3.5淬火液淬低合金马氏体耐磨铸钢
用模数为2. 5 ～2. 6 的水玻璃加盐水溶液淬火, 以获得马氏体耐磨铸钢。

4中低合金耐磨钢组织
中低合金钢淬硬态组织有马氏体（板条状、片状）、贝氏体、残余奥氏体和碳化物。

具有良好的耐磨性，能提供较高的硬度和足够的韧性。

在硬度＞50HRC的情况下，韧性可达20-40J/cm2，可在较大范围内控制硬度和韧性的匹配关系。

在各种磨料磨损工况下，均可获得较好的耐磨性。

研究表明：（1）板条马氏体在准解理断裂时，有较小的断裂单元和较多的撕裂等而消耗断裂功，从而提高了韧性。

（2）下贝氏体以不同的位向铁素体板条为最小断裂单元，其韧性较相同硬度
的回火马氏体高。

（3）残余奥氏体存在于马氏体或下贝氏体组织中，能使应力松弛，阻碍裂纹扩展，材料断裂时吸收能量增加而使韧性改善。

（4）细小弥散分布的碳化物对耐磨性有利。