对于耐磨板来说,生产加工中温度的变化将直接影响整个板材性能,所以一直以来都在研究耐磨钢板等温处理的效果,结果发现不同加热温度下,耐磨板的连续冷却转变曲线、微观组织、物相及相似结构相也都随之发生了变化。
耐磨板等温处理的研究手段包括了很多优异的技术,如光学显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及电子背散射衍射技术等。随着退火温度的升高,耐磨板中铁素体的相比例会逐渐降低,升高的是贝氏体,而其中残余的奥氏体则会以椭圆状和细条状分布在铁素体晶界及晶内。
当加热温度由完全奥氏体化温度降低到两相区内较高温度时,耐磨板连续冷却转变曲线中铁素体转变区左移。这时只要通过790℃加热保温,可以得到含有铁素体、贝氏体和残留奥氏体的多相组织。
当保温温度进一步提高之后,工艺时间会直接影响到耐磨板中铁素体晶粒尺寸、铁素体量以及铁素体基体上的位错密度和沉淀析出量;随着贝氏体区保温时间的延长,耐磨钢板中残余奥氏体体积分数先增大后减少,残余奥氏体中碳含量增多。
当加热温度处在两相区范围内时,随着加热温度的降低,铁素体转变被推迟,奥氏体的含碳量也会有所不同。在相同的拉伸变形阶段,奥氏体转化率的增加速率不同,使得耐磨板连续冷却转变曲线右移。
另外,如果等温时间相同的话,等温温度越高,残余奥氏体中的碳含量越大,耐磨钢板中的铁素体、贝氏体晶界或者相界面1μm以上大颗粒奥氏体发生相变,相应的其性能也会有变化。
耐磨钢板是一种大面积磨损工况条件下使用的特种板材产品,目前常用的耐磨钢板是在韧性、塑性较好的普通低碳钢或者低合金钢表面通过堆焊方法复合一定厚度的硬度较高、耐磨性优良的合金耐磨层而制成的板材产品。除此之外,还有铸造耐磨钢板和合金淬火耐磨钢板等。
无论是哪一类耐磨钢板,它都是由两部分组成的,分别是碳钢板和合金耐磨层。正常情况下,耐磨钢板合金耐磨层的厚度为总厚度的1/3-1/2,工作时由基体提供抵抗外力的强度、韧性和塑性等综合性能,由合金耐磨层提供满足指定工况需求的耐磨性能。
耐磨钢板合金耐磨层和基板之间采用的是冶金结合的方式,通过专用设备和自动焊接工艺,将高硬度自保护合金焊丝均匀地焊接在基板上,复合层数一层至两层以至多层。在复合过程中,由于合金收缩比不同,可能会出现均匀横向裂纹,这是耐磨钢板的显著特点。
耐磨钢板的合金耐磨层主要以铬合金为主,同时还添加锰、钼、铌、镍等其它合金成份,金相组织中碳化物呈纤维状分布,纤维方向与表面垂直;合金碳化物在高温下有很强的稳定性,保持较高的硬度,同时还具有很好的抗氧化性能,在500℃以内完全正常使用。
耐磨钢板主要分为通用型、抗冲击型和耐高温型三类,应用的场合也是不同的,但它们基本已经涉及到了各个工业生产领域,包括冶金、煤炭、水泥、电力、玻璃、矿山、建材、砖瓦等行业,与其他材料相比,有很高的性价比。
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经实验证明,沉淀强化的耐磨板在力学性能方面的显著特点是屈服强度有大幅度提高。例如,经过沉淀强化处理的耐磨板的屈服强度达到480-8l0MPa,屈强比为0.55-0.56;采用钥、钒、铁复合合金化的耐磨板,弥散强化后的屈强比为0.60-0.65。
同时,沉淀强化耐磨板的硬度和冲击韧度也都有所提高。例如,耐磨板沉淀强化后的硬度为230-300 HBw,冲击韧度为140-180,更重要的是上述指标的提高并不带来塑性的显著下降。
耐磨钢板在1100℃水淬后,先在中温区不同温度保温,后在970℃水淬后的性能。随着中温区保温温度的提高和保温时间的延长,钢中碳化物数量增加,沉淀强化效果增强,导致硬度有所提高。
NM360耐磨板的热导率只有碳钢的1/2,即使在900-1000℃高温阶段的热导率也低于碳钢在相同温度的热导率。因此,NM360耐磨板的加热速率,特别是在低温阶段应低于碳钢,以避免铸件内部温度梯度过于陡峭而产生裂纹。
壁厚为40-80mm的铸件在700℃以下的加热速率不应超过100℃/h;壁厚为80-120mm的铸件不应超过75℃/h;壁厚超过120mm的铸件应小于50℃/h。在700℃以上,壁厚小于100mm的铸件可以随炉升温;而壁厚大于100mm的铸件,升温速率不超过100℃/h。
NM360耐磨钢板的组织试验发现无论是磨球、鄂额板,还是锤头等产品,铸后在大于850℃取出空冷后都可得到以耐磨钢板为主的组织。金属薄膜透射电镜分析表明,该类耐磨板条中存在高密度的位错,板条间含有奥氏体膜。这种奥氏体膜中由于有较高的碳含量,具有高的稳定性。正是这种耐磨板的形态,使该钢具有良好强韧性配合。
NM360耐磨钢板的力学性能在处理后的试件上,截取各种性能试样进行测试,可知,新型耐磨板可在大尺寸范围内获得较为均匀的力学性能,不仅具有高强度和硬度,而且还具有较高的韧性。该耐磨钢板还可通过碳、硅、锰3元素的合理调配,获得不同的强韧性配合,满足不同的使用工况。
以往NM360耐磨钢板中,一般不加钨元素。但加入合金元素钨后,沿晶界分布的碳化物大量减少,晶内针 状碳化物消失,晶内存在大量粒状碳化物。钨使得碳化物析出减少并且呈球状弥散分布于奥氏体晶内,有利于提高NM360耐磨钢板的强度和韧性。
随着钨含量增加,NM360耐磨钢板的强度和韧性增加,当钨的质量分数超过1.06%后,由于碳化物析出数量的增多,导致韧性降低。这是因为钨在NM360耐磨板中与碳原子结合形成短程有序的C一w原子对键络结构。
C一w原子键比C一Mn和C一Fe原子键强,所以NM360耐磨钢板中加人钨元素后要形成裂纹,破坏原子键所需的能量要大大增加,相应的水韧处理NM360耐磨钢板的韧性和强度也会得到明显的提高。