耐磨钢

刚玉(黄色蓝宝石)
刚玉(蓝宝石)
红刚玉
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➢ 因着刚玉的硬度，和相对比钻石更低廉的价钱，它成为了砂 纸及研磨工具的好材料。
➢ 由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，在化工系统中， 用作各种反应器皿和管道，化工泵的部件
刚 玉 坩 埚
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磨球
减速带
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高锰铸钢对辊
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四、低合金耐磨钢及石墨钢
低合金耐磨钢 低合金耐磨钢的应用举例 石墨钢的简单介绍
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低合金耐磨钢
➢ 合金元素对金属耐磨性的影响主要通过影响显微组织和硬 质相的多少，从而影响合金钢的耐磨性，一般情况下，随 着合金含量的增加，合金的耐磨性增加，但是合金元素的 含量比较高时，合金钢的耐磨性呈下降趋势。就其原因， 不同的合金元素有着不同的影响。
在低应力磨损和低冲击载荷下，由于不能产 生足够的加工硬化，这时高锰钢的耐磨性不一定 比相当硬度的其他钢种好。因此它被广泛应用于 承受大冲击载荷、强烈磨损的工作情况下零件。
应用： ➢ 各种碎石机的衬板、颚板、磨球 ➢ 挖掘机斗齿 ➢ 坦克的履带板
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碎石机的颚板
衬板采用的是高锰铸钢
坦克的履带板
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➢ 磨损机理一般有磨粒磨损、黏着磨损、冲蚀磨损、 腐蚀磨损、接触疲劳磨损等。
➢ 其中，磨粒磨损最普遍，在零件磨损失效中约占 50% ,黏着磨损约占1%,腐蚀磨损约占8%。
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➢ 耐磨钢目前还没有系统的技术标准，没有独立的钢类，但制 造耐磨零件所选用的钢比较广泛，一部分结构钢、工具钢及 合金铸铁常用来制造各种耐磨零件。这里主要介绍高锰钢和 低合金耐磨钢。
➢ 水韧处理后不宜再进行250 ~ 350℃的回火处理， ➢ 也不宜在250 ~ 350℃以上温度环境中使用
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3、高锰铸钢的组织
铸态组织：奥氏体、碳化物、少量相变产物P 水韧处理后：单一的奥氏体组织
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4、高锰铸钢的性能
高锰铸钢的力学性能：
➢ 硬度≤300HBS； ➢ 冲击吸收能量KU2在150J左右； ➢ 屈服强度ReL为250 ~ 400MPa； ➢ 抗拉强度ReL一般为700 ~ 1000MPa； ➢ 断后伸长率A5一般为30% ~ 55%。
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2、高锰铸钢的热处理
水韧处理的定义： 为了改善某些奥氏体钢的组织以提高韧性，将钢件
加热到高温使过剩相溶解，然后水冷的热处理工艺。
➢铸态的钢必须经过水韧处理。 ➢水韧处理是一种固溶处理,常用于高锰钢 ➢高锰钢的铸态组织：A，K及少量相变产物P，沿奥氏体 晶界析出的K降低钢的韧性，水韧处理能消除K
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主要元素的影响：
C：C↑，耐磨性↑，韧度↓，铸件的裂纹敏感性↑
Mn：使A1温度降低到600℃左右，而Ms点在室温以下
Cr：强度、耐磨性↑，塑性↓
Mo：改善塑性，提高了温度强度
Cr或适量的Mo和V：能细化K，使屈服强度、冲击韧性和耐 磨性↑
Re：钢液的流动性↑，钢液填充铸型的能力↑，减少热裂倾 向；细化A晶粒；延缓铸后冷却时在晶界析出K；冷作硬化 效应和韧性↑；提高使用寿命
裂，高温下还具有抑制长晶性能.所以随V ↑ ，金属的耐磨 性↑ 。
加入Mo后，可以细化晶粒，提高强度与韧性，降低回火 脆性。Mo所形成的硬质相不仅熔点高，而且弥散分布，有利 于提高耐磨性。
➢基体组织
不同基体的耐磨性：F>P>M>B
P片比P球耐磨性高10%左右。P片越细，耐磨性越好
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钢若具有A和B组织，其耐磨性要优于相同硬度的具有P和M组 织的钢，换句话说，硬度较低的A和B组织可以比硬度较高的 P和M具有相当的耐磨性能。
在高速流动并兼有固体颗粒的液体中，能耐冲刷、磨耗、 涡流与空气所形成的气蚀以及介质腐蚀的钢类。 ➢ 耐磨蚀钢多为铬系或铬镍系不锈钢以及镍基、钴基表面硬化 合金。 ➢ 不锈钢中主要包括：(1)马氏体不锈钢 ；(2)沉淀硬化不锈 钢 ；(3)马氏体时效不锈钢 。
特殊耐磨钢
在特定的工况，如冲击磨损、腐蚀磨损、高温冲蚀磨损等条件 下所使用的钢种。
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另外， 材料表层的夹杂、空间、微裂纹、锻造央层 等缺陷也将使磨损加剧。材料表面结构设计的不合理， 如过大的界面变化、过小的圆角半径。表面加工质量 以及各种热加工缺陷，如网状、带状组织、脱碳，氧 化等，都是对耐磨性不利的。
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三、高锰铸钢
1、高锰铸钢的化学成分 2、高锰铸钢的热处理 3、高锰铸钢的组织 4、高锰铸钢的性能 5、高锰铸钢的应用
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碳化物细小均匀分布，耐磨性↑ 。在硬度相当的情况下，碳 化物量越多则相对耐磨性越↑ 。一般来说，晶粒细化会伴随
着耐磨性的改善。
➢ 性能
不同成分的钢经热处理达到相近硬度时其耐磨性是不同的。 不同碳含量的碳钢，在低温回火马氏体状态下，耐磨性随硬 度增加而明显提高。在一定硬度范围内相对耐磨系数随硬度 增加而明显提高，但有时硬度过高耐磨性反而下降，如图所 示
性↑
合金元素:
当Cr↑时，其耐磨性随之↑.原因在于Cr和C形成Cr7C3、 Cr23C6硬质相，Cr ↑ ，硬质相↑ ，钢的耐磨性↑ 。
随W含量的增加，其相对耐磨性随之增加，这是因为一方面 W 具有固溶强化的作用，另一方面还形成了WC、W2C硬质相， 从而提高了金属的耐磨性。
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由于V 是强碳化物形成元素，形成了VC（HV2000~2996） 硬质相.且VC的高温性能稳定，在磨损情况下不易变形和破
➢ 石墨钢的特点是：耐磨性好，缺口敏感性低，热处理形变 小，尺寸稳定及易于切削加工。
➢ 用途：表面质量严格的拉伸，弯曲，整形冲模，磨球等。
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五、其他耐磨材料
铬钼硅锰钢、中合金耐磨钢 耐磨蚀钢 特殊耐磨钢 SiC 刚玉
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铬钼硅锰钢、中合金耐磨钢
美国的大多数磨球都用中、高碳的铬钼钢制造，其化 学成分、热处理和硬度见下表 。
➢ 常见的合金元素：Cr，Mo，Si，Mn，RE
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以Cr为例
当Cr含量增加时，合金钢的高温耐磨性和低温耐磨性都 会增加，但是合金增加到一定量时（以20%为例），Cr 在合金钢中倾向于以脆性相δ，使合金钢的耐磨性降低。
变化过程： Cr7C3 →Cr23C6 →δ（脆性相）
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常用低合金耐磨钢的特点及用途
五、其他耐磨材料
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一、概述
1、机械的失效形式 ➢ 过量变形失效，其中包括过量弹性变形失效和
过量塑性变形失效 ➢ 断裂失效，其中包括韧断、低应力脆断、疲劳
断裂、蠕变断裂。 ➢ 表面损伤失效，其中包括磨损失效、接触疲劳
失效、腐蚀失效。 磨损是机械的主要失效形式之一
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2、磨损的机理
➢ 不同的工况，磨损的机理也不同，影响的因素有很 多，过程也是非常复杂。
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低合金耐磨钢的应用举例
➢ 40SiMn2，其主要特点包括：耐磨性好，有良好的综合力 学性能，有回火脆性；常用的热处理方式：调质；主要用 于：推土机，拖拉机的履带板。
➢ 41Mn2SiRE，其主要特点包括：耐磨性好 ➢ 韧度较高，热处理工艺良好。
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石墨钢的简单介绍
➢ 石墨钢是一种高碳铸钢，兼有铸钢和铸铁的综合性能，其 微观组织是钢的基体，二次渗碳体和点状石墨组成。
它广泛的应用于冶金矿山机械、工程机械、农机机械、电 力机械、铁路运输机械、建材以及军工等部门。
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SiC 俗称金刚砂，是用石英砂、
石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过电阻炉高温冶炼而 成。
为六方晶体，硬度高，显微硬度为2840～ 3320kg/mm2。
化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐 磨性能好
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加热至奥氏 体区温度 （10501100℃，
视钢中碳化 物的细小或 粗大而定）
每25mm壁厚保温1h，铸态组 织中的K基本上都固溶到γ中
保温
加热
水冷
铸态高锰钢钢
单一的A组织的 高锰钢
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水韧处理应注意
➢ 缓慢加热，以避免产生裂纹
➢ 铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免K析出
➢ 常用水冷，水冷前水温不宜超过30℃，水冷后水 ➢ 温应小于60℃
耐磨钢
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一、概述
1. 机械的失效形式 2. 磨损的机理
二、钢的耐磨性及影响因素
1. 钢的耐磨性 2. 影响因素
三、高锰铸钢
1. 高锰铸钢的化学成分 2. 高锰铸钢的热处理 3. 高锰铸钢的组织 4. 高锰铸钢的性能 5. 高锰铸钢的应用
四、低合金耐磨钢及石墨钢
1. 低合金耐磨钢 2. 低合金耐磨钢的应用举例 3. 石墨钢的简单介绍
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高锰钢的耐磨性
耐磨机理：
大变形在A基体中产生大量层错、形变孪晶、ε马氏 体和α马氏体，阻碍位错运动。经强烈冲击后，耐磨件表 面硬度大幅度提高，硬化层深度可达10 ~ 20mm，而芯部 仍保持A晶粒，所以能承受强有力的冲击载荷而不破。随 着表面层逐渐被磨损，硬化层不断向内发展。
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5、高锰铸钢的应用
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1、高锰铸钢的化学成分
➢1、高锰铸钢的类型
常用高锰铸钢的类型为ZGMn13型，主要有 ZGMn13 -1、ZGMn13 - 2等牌号
➢2、高锰铸钢的成分及合金元素
高锰铸钢化学成分的特点是高C、高Mn（10%~14%Mn， 0.9%~1.4%C，质量分数），还加入了Cr、Mo、Ni、 Ti等元素
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用途：
磨料作磨具 功能陶瓷
高纯度单晶，可制造半 导体、碳化硅纤维。
Si C
高级耐火材料
冶金原料 作冶金脱氧剂
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刚玉
➢ 刚玉是一种由氧化铝(Al2O3)的结晶形
成的宝石。掺有金属铬的刚玉颜色鲜红， 一般称之为红宝石；而蓝色或没有色的 刚玉，普遍都会被归入蓝宝石的类别。 六角柱体的晶格结构。
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二、钢的耐磨性及影响因素
1.钢的耐磨性
➢钢的耐磨性是指在一定工作条件下抵抗磨损能力 ➢影响耐磨性的主要因素:磨损工况和摩擦副材质.
2.影响因素
对于一定的磨损工况，影响钢耐磨性的内在因素主要有化 学成分、组织、性能等.
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➢化学成分
C含量：
经wenku.baidu.com火回火后的亚共析钢，随C ↑耐磨性↑ 碳含量不同的钢经热处理得到相同的硬度时，随C ↑耐磨
在较高温度(例如200～500℃)的磨料磨损条件或由于摩擦热 使表面经受较高温度 可采用铬钼钒、铬钼钒镍或铬钼钒钨等合金耐磨钢，这类钢 淬火后，经中温或高温回火时，有二次硬化效应。
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▪ 下表列举了中国用于制造球磨机衬板的硅锰、铬锰硅钼、铬锰 钼系低、中合金耐磨钢的化学成分及应用范围。
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耐磨蚀钢