浅析决定材料耐磨性的因素

浅析决定材料耐磨性的因素

∙作者：黄智泉，王欣，李军伟，许健单位:来源：中国建材报[2010-8-10]

关键字:材料-耐磨性

∙摘要:

随着耐磨堆焊材料在水泥工业的大力推广应用，如何指导用户根据自身部件的特点进行选材和使用显得尤为迫切。笔者根据多年的研究及实践经验，将使用中需要关注的注意事项及选材的影响因素进行分析探讨，希望对用户使用有一定的指导意义。

一、需要关注的因素

1.母材的性质及状态

部件母材选用什么材质，进行什么样的热处理，对使用效果影响非常大。比如锤头，同样是高锰钢材质，为什么在同一工况下有的耐磨性好，有的耐磨性不好呢？究其原因，其一是材质的成分是否符合标准要求，其二是水韧处理是否到位。这将直接影响最后的使用寿命，耐磨堆焊只能改善其使用性能，不能改变母材本身的特性。

2.使用工况的介质

部件工作工况介质的状态也直接影响使用效果。

部件过流物和氛围主要分为三种状态：固态、液态和气态。

固态主要考虑的是冲击磨损、磨粒磨损、刮擦以及温度影响等；液态、气态除上面所需考虑的因素外，液态还需要关注冲刷磨损、腐蚀性以及密封性等，气态还需要关注气体压力、汽蚀性等。

3.磨损物料的类型

磨损物料主要有5种类型：金属类、矿物类、橡胶类、流体类、混合类。不同类型对部件的磨损程度及磨损机理是有所区别的。

4.部件的工况

部件的工况决定其磨损形式主要分为：滑动磨损、磨粒磨损、冲击磨损、挤压磨损等，需要根据现场情况准确判断其工作状态。

5.部件承受载荷大小

根据部件的使用情况，其受力状态可分为：低应力、中等应力、恒定应力、可变应力、高应力。应力的状态直接影响部件的使用寿命。

在实际应用过程中，去关注这些因素的变化轨迹并不难，但却容易被忽略。同时需要特别注意的是，每个因素可能有不同的表现形式，并且环境温度的变化会叠加在这些因素的变化中。另外，物料的异性也需要注意，如各种矿石类，无论在成分还是在硬度方面都有很大

的不均匀性。因此，准确地去把握这些因素并不容易。我们希望能通过多年积累的实践经验为客户提供这方面的指导。

二、决定材料耐磨性的因素

我们这里讨论的主要是采用堆焊方式提高部件耐磨性的问题，涉及的主要是金属材料。因此，了解是哪些性能影响金属及堆焊层耐磨性显得很重要。

性能主要包括：硬度（宏观和显微、常温和高温），合金成分及微观组织，耐磨性比对试验。

用户可以初步了解一些金属及熔敷金属的特性，以方便判断其性能及应用场合。

1.硬度

宏观硬度是最直观反映金属耐磨性的一个因素，用户往往会直观地通过比较硬度值的高低来判断金属耐磨性的优劣，这样其实是不科学的。

我们知道，常用的45号钢通过热处理表面可以达到较高的硬度，但和常规的低合金耐磨材料的耐磨性是没办法相比的，同样硬度下，低合金和高合金的材料耐磨性相差很大。

一般来讲，同样的合金成分下，硬度越高耐磨性越好。比如，曾经对国外进口低合金锤头进行剖析，锤体是整体锻打的，不同的部位取样分析，化学成分是一致的，可以判定不是复合锤头。沿锤体的母线打磨进行腐蚀，呈现不同的腐蚀度，可以初步判定硬度是不一样的，实际测量，从锤孔到锤面，硬度呈明显的递增梯度变化，HRC30~60之间，锤孔部位硬度低，韧性好，抗冲击性好，锤面部位硬度高，耐磨性好，抵抗物料的刮擦性较好，通过特殊的热处理可以在同一化学成分下获得不同的性能。

那么，对于不同的合金成分，其显微硬度显得较为重要，但这需要比较专业的设备，以及需要和微观组织一起讨论。

用于高温场合的合金是需要特别设计的，用于常温和用于高温场合的不同合金成分，如果常温硬度值相近，高温硬度测试值会有很大差别，常温合金硬度值会急剧下降，但高温合金硬度的下降幅度不大。硬度随温度的下降幅度直接决定材料的工作温度。

2.化学成分和微观组织

金属的化学成分和显微组织是决定材料性能的主要因素。堆焊材料一般是在焊态下使用，其化学成分和焊接工艺直接决定了其显微组织结构。

我们知道，常用的高铬合金铸铁材料是性价比较高的合金材料，不同的合金形成的初生碳化物类型是不一样的，不同的碳化物其分布形态、显微硬度差别较大，见下表所示。

对于复杂碳化物，其显微硬度可达3200HV以上，而采用宏观洛氏硬度测试，高铬铸铁的硬度一般在HRC60左右，与HV换算大约只有700，与实际测试值差距很大，这从另一个侧面说明宏观硬度与耐磨性没有必然联系。

合金的组配决定了合金的显微组织，合金的显微组织决定了显微硬度，组织的显微硬度决定了材料的耐磨性。

3.各种耐磨试验比对

根据现场应用工况，将之归结在用三种耐磨试验机进行比对试验，在实验室进行耐磨材料的筛选试验，为实际应用作指导，为科研部门使用，进行磨料磨损机理的研究。

MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机

MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机是湿砂半自由磨料磨损试验机。它的工作原理是利用转动的橡胶轮带动与水混合的矿砂、砂石、泥沙等磨料对各种金属或非金属材料产生磨损，从而对材料进行耐磨性试验。

由于橡胶轮的转速和对试样施加的正压力等参数可以改变，故本机能很好地模拟许多工况，这种试验机适于相对致密的堆焊层耐磨性对比，如果堆焊层表面缺陷多，由于介质中有水砂，容易积在缺陷处，造成失重测试不准确，引起实验误差。

ML-100型磨料磨损试验机

该试验机系干式固定磨粒磨损试验机。主要用于金属与砂石、矿石、泥沙等固体发生摩擦情况下，金属材料的耐磨性能试验。这比较适合低应力磨粒磨损研究。

MLD-10型动载磨料磨损试验机

该试验机是具有多功能可模拟多种工况条件的试验机，可用于金属材料和各种干、湿磨料在有冲击载荷或无冲击载荷、接触或无接触、滑动或滚动摩擦情况下，金属材料的耐磨性能试验，通过实验可以定量测量，金属材料在不同载荷、不同相互作用情况下所造成的磨损，以及进行磨损机理的实验研究。

从上可以看出，三种试验机基本涵盖了常用的磨损形式，可以根据实验研究，为实际选材提供依据。

影响材料耐磨性的因素很多，也比较复杂，要求用户全面掌握是不现实的，我们根据多年的实践经验，建议用户在使用耐磨堆焊材料之前，可以与材料厂商进行沟通，确定部件的母材、热处理状况、受力情况、工作稳定及破坏形式，希望达到的效果，这些信息也可以由材料厂商到现场协助采集，由材料厂商根据实际情况帮助选材，并制定合理的焊接工艺，这样就可以做到有的放矢、有针对性地去帮助客户有效地解决实际问题。