化学成分对耐磨铸钢组织与性能的影响

化学成分对耐磨铸钢组织与性能的影响摘要：随着社会的发展和炼钢技术的进步，由于其耐磨性性能和力学作用性能差，原有的高锰钢在床垫用钢丝弹簧中的地位已经逐步被耐磨铸钢所替代。这种新型的双相耐磨铸比高锰钢更具有延展性和冲击韧性，但试验中表明这些性质随着碳和铬含量以及淬火回火状态的升降也发生变化。并且在经过干态磨损条件下，耐磨性能远远高于高锰钢，但是在化学成分的腐蚀的湿态磨损条件下，耐磨性能不足干态磨损的一半。关键词：化学腐蚀；耐磨铸钢；力学关系；性能影响随着我国社会经济的飞速发展，人们对于家居生活的舒适性要求越来越高，人们不光要满足物质上的富足，更追求精神上的享受。消费者的需求就是市场的导向，床垫中最重要的部分就是弹簧，床垫用碳素弹簧钢丝就是具有较高综合评价的床垫用弹簧工艺，其无论是从扭转、抗压、抗拉强度等方面的性能，还是从整体规格、尺寸、外观的美观度来讲，都非常能够符合现代高级家用床垫的要求。1.床垫用钢丝弹簧技术的基本要求1.1钢丝弹簧的质量要求作为床垫用钢丝，安全性是比较重要的，钢丝表面的平滑度很重要，不能有任何的倒刺、裂缝、断开、折痕、锈蚀和变形等缺陷，但可以有少数小拉痕，深度不能超过直径的半数，表面也允许保留润滑图层。对于其尺寸与质量系数的关系也有着严格的标准，根据不同的粗细其抗拉强度也要相应变化，否则很容易发生安全事故。1.2钢丝弹簧扭转要求作为弹簧专用钢丝，需要能够接受扭转测试，达到规定的次数不出现问题才能够符合要求，如果表面出现断裂、裂纹或层叠就说明不能够在弹簧中使用。即使发生断裂，断面也应该与钢丝轴线保持垂直，而且不能撕开。按钢丝直径归类，扭转次数的关系应该为：钢丝直径在2mm以内，扭转次数要大于18次；直径在2mm到3.5mm之间时，扭转次数要在16以上；钢丝直径大于3.5mm时，扭转次数至少也要14次[1]。1.3钢丝弹簧的使用要求对于质量越高的床垫，对其床用弹簧的使用要求就越高。高弹性、高还原和高抗压的“三高”指标必须达到基本要求：在实验状况下，弹簧在消除应力处理后，经过压缩后仍能够恢复到原来高度的99%以上；在1000h的70%的应力作用下，弹性降低在2%以内；在反复的压缩和还原中，5万次已上仍然能够不出现断丝情况。2.耐磨铸钢组织的性能优势对于床垫钢丝材料的应用要求分析，科研人员成功找到了最合适的替代品，可以让钢丝在使用中能够最大限度的发挥作用，保持床垫长期稳定、有效、舒适。马氏体和贝氏体的双相低合金钢具就是最理想的材料，特别是含有适量的无碳化物贝氏体的马氏体/贝氏体双相组织能够很明显的改善高锰钢材料的缺陷，让其韧性和强度大大增加，即使面对比原先更加严峻的破坏性试验中，也仍然可以保持其原有的性能。对于这种全新的钢丝弹簧材料我们仍然需要进行详细研究和探讨，确定其合适的化学成分的构成，就能够更好的控制其生产成本和相关技术工艺。3.实验过程和方法对于耐磨铸钢组织的研究，必须在真空感应炉中才能更加有效的进行，熔铸所得的数据更加准确。当实验温度控制在1550℃时，把试验材料浇筑成圆锥形，等其在室温下冷血定型。把凝固后的钢锭通过一定的冲击条件，考察和记录其硬度和韧性的关系。按照不同的掺入合金元素的比例，详细统计和分析。我们都知道，碳元素的含量直接影响钢的硬度，其淬透性也会提高。但是由于硬度的增加会使钢锭脆化，所以硬度不能无限提高，碳含量也需要控制不能过量。因此，在试验中把碳质量分数控制在0.3%左右，上下幅度不超过0.05%，在此条件下Mn能够显著的缓和高温引起的变化，可以更好实现双相组织的结合从而提高材料的韧性，其中Mn含量控制在2.2%左右。合金元素Si是提高贝氏体淬透性和韧性的重要元素，在中温转变区,贝氏体中片状铁素体的长大是由片条宽面上存在的小台阶侧向迁移完成的,其阶面具有非共格属性。也可以加入Cr元素来提高实验的准确和全面。加入不同的化学元素后，进行电阻炉加热。热处理完成后，采用显微镜观察实验材料的金相组织、冲击端口形态、材料硬度和拉伸性能，并且记录各个数据。磨损实验则可以通过搅拌式低应力磨料磨损来进行，把试验材料固定后，分别采用不同的材料去模拟磨损情况，再对其进行称重，分析其磨损程度和磨损量。磨损可以分为干磨料磨损和腐蚀湿磨损两种，不同的形式的磨损情况都会不同[2]。4.实验结果和分析对于不同的含碳量和含铬量所进行的试验发现，其所影响的钢淬火和回火围观组织不同于其他元素的，其组织的敏感性明显。这是因为水的原因，使得合金在热处理后含有贝氏体的马氏体的双相组织形成，其上面还残存着微量的残余奥氏体组织。碳含量的增加，马氏体组织也同样增加，而贝氏体逐渐减少。而组织细化马氏体慢慢均匀分布开来，进过温度的下降，碳原子的扩散速度都会降低，因而抑制了贝氏体的发展。当碳含量系数稳定在0.3%左右时Cr含量的变化，铬的提淬作用发生，使得铁素体逐渐产生，从而降低硬度，耐磨性则会降低；实验中表明Cr质量分数在0.6%时，铁素体为见，这时的耐磨性最佳。对于合金元素的实验结果可以发现，不同的试验钢材料在干态和湿态磨损情况随着时间变化都有不同成都的提高，由于铬的作用试样材料的综合力学性能高于其他，耐磨能力强于其他。含铬材料的硬度更高，不论是干态磨损实验还是湿态腐蚀实验都发挥出优势。并且在相同的时间条件下，实验发现湿态化学腐蚀侵害实验样品的能力更强；而在同样的干湿态磨损介质中，耐磨铸钢要比高锰钢更加耐磨，磨损程度随着时间和磨损介质的加入，磨损程度变化发展缓慢，更适合钢丝弹簧材料的加工制造。在试验结果可见，碳和铬含量的变化是影响马氏体/贝氏体双相组织的最基本条件，加上微量的残存物质奥氏体组织就成为了现代意义上的耐磨铸钢。铁素体的出现会影响该种钢的硬度和耐磨性，应该适当控制Cr的质量系数，并且增加适量的碳来提升耐磨铸钢的冲击韧性和伸展性。根据使用环境而言，脑膜铸钢受到的湿态磨损程度远远高于干太磨损，因此要尽量避免化学腐蚀的侵害，增加钢板材的使用寿命。5.结束语综上所述，目前已经有不少企业采用先进技术研发制造高硬度、高韧性的耐磨铸钢板材料，并且大量投入市场，对于这种新型材料生产企业和使用单位都非常有信心，在经过一阶段的市场调查和回访后，新材料未出现一起质量问题，且用户反应情况良好，不仅节约了生产企业的资金成本、节省了人工、提高了工作效率，还减少了使用单位的烦恼，提高了经济效益。参考文献：[1]张国志,田学锋,刘兴刚,孙广庭.化学成分对耐磨铸钢组织与性能的影响[J].东北大学学报（自然科学版），2011,1（1）：89-91.[2]贾玉丰,谢敬佩,等.热处理工艺对高强韧耐磨铸钢组织和性能的影响[J].金属热处理，2009,12（12）：27-29.