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耐磨材料系列
发布时间:2012年11月07日 点击次数:[]

我国目前通用的耐磨材料有以下几大系列:

   一是高锰钢系列:如高锰钢(ZGMn13)、 

     高锰合金(ZGMn13Cr2MoRe)、超高锰合金(ZGMn18Cr2MoRe)等;

  二是抗磨铬铸铁系列:如高、中、低铬合金铸铁(如Cr15MOZCu);

  三是耐磨合金钢系列:如中、低、高碳多元金合钢(如ZG40SiMnCrMO和ZG35Cr2MoNiRe);

  四是奥贝球铁(ADI)系列;

  五是各类复合或梯度材料及硬质合金材料:如碳化铬复合材料(Cr2C3+Q235)、高能离子注渗碳化钨材料(WCSP)、高韧硬质合金(YK25.6)等;六是各类非金属耐磨材料:如聚合陶瓷复合材料、氮化硅(Si3N4)、增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等。   不同系列的耐磨材料性能比较: 

2.2.1 高锰钢系列:其代表为高锰钢ZGMn13。在承受剧烈冲击或接触应力下,其表面会迅速硬化,而芯部仍保持极强的韧性,外硬内韧既抗磨损又抗冲击。且表面受冲击越重,表面硬化就越充分,耐磨性就越好。由于高锰钢自身硬度很低(HB170-230),在未硬化时耐磨性是极其有限的,若高锰钢件表面所承受冲击力不足,则表面不能充分硬化(充分硬化后表面硬度可达HB550以上,反之则在HB350以下)则耐磨性无从发挥,而呈现出不耐磨状况。 

2.2.2 抗磨高铬铸铁系列:按组织结构和使用情况,铬系铸铁可以分为三大类:第一类为具有良好高温性能的铬系白口铸铁。这种铸铁含铬量为33%,其组织多数为奥氏体和铁铬碳化物,有时也出现铁素体。这种合金除具有一定的耐磨性外,在温度不高于1050℃的高温工作条件下,具有良好的抗氧化性能。第二类为具有良好耐磨性的铬系白口铸铁(简称高铬铸铁)。这种铸铁中除含有12~20%的铬外,还含有适量的钼。这类铸铁凝固后的组织为(Fe,Cr)7C3型碳化物和γ相。当基体全部为马氏体时,这种合金的耐磨性能最好。如果基体中存在残余奥氏体,通常要进行热处理。第三类为低铬合金白口铸铁。与普通白口铸铁相比,这种铸铁中碳化物的稳定性更好。[2] 

2.2.3 耐磨合金钢系列:又分为低合金钢、中、高合金钢。耐磨合金钢可通过调控化学成份和热处理工艺获得必要的材料的冲击韧度和硬度指标。硬度可达HRC=52~58,韧性可达到ak=15~30J/cm2。 

2.2.4 奥贝球铁(ADI)系列:它是通过等温淬火热处理或加入合金元素,使球铁基体组织由铁素体、珠光体转变为奥铁体、贝氏体和残余奥氏体。ADI具有以下一些独特的优点:①强度高、塑性好。②弯曲疲劳和接触疲劳等动载性能高。ADI的旋转弯曲疲劳强度可达400~500MPa,与调质处理低合金钢相当,ADI的接触疲劳强度可达1600~2100MPa,比低合金钢氮化处理和渗碳处理的接触疲劳强度高。③吸震性好。ADI由于弹性模量低,加上基体中存在石墨球,能迅速吸收震动并增大了噪音阻尼,使部件的运行更安静和平稳。④极好的耐磨、抗磨性。ADI的耐磨性能,比任何同等硬度水平的钢都好。⑤加工性能好:ADI大部分机械加工可以在等温淬火前完成,此时一般为铁素体球铁,其加工性能显著好于钢。 

2.2.5 复合或梯度材料系列:其代表是高能离子注渗碳化钨材料(WCSP)和碳化铬复合材料(Cr2C3+Q235)。渗碳化钨材料(WCSP)是采用高能离子注渗技术向钢铁零部件表层注渗碳化钨(WC).WC和钢基体两者是冶金结合,优势互补。表面具有WC的高硬度,高耐磨性。心部则保留了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表层与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区,有效地避免了性能突变时可能引起的材料破坏。[3] 
锤用硬质合金:相对于高锰钢和高铬合金钢,锤用硬质合金具有更高的硬度和耐磨性。 
YK26.5: 密度:14.58(g/cm3);硬度(CHRA): 87.5;抗弯强度: 2650(MPa);断裂韧性: 12——16(MPam1/2)

2.2.6 非金属耐磨材料系列 

     非金属耐磨材料种类很多,其代表材料有陶瓷复合材料、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等。 

   陶瓷复合材料:陶瓷是金属元素和非金属元素组成的晶体或非晶体化合物,熔点高、硬度高、刚度强、化学稳定性好。耐磨陶瓷涂料是一种非金属胶凝材料,它是采用耐酸和耐碱的人工合成的粉状陶瓷材料。

特点:

  (1)高的机械强度和刚度:密度大,强度可达130Mpa,能有效抵御物料的冲击力和剪切应力.

  (2)优良的韧性和抗震性:由于陶瓷耐磨料采用无定向刚纤维和定向网状增强措施,通过耦合进一步改善韧性,所以断裂韧性强,可有效防止冲击力造成的破损和剥落.

  (3)环境相容性好.[4]  

  强韧化陶瓷:其代表为增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等结构性陶瓷。具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高强度、高硬度等优点。

  可适应金属和高分子材料难以承受的环境和工况条件。具体指标如下: 

材料  强韧氧化锆    强韧三氧化二铝    氮化硅 

组成   Y2O3+ZrO2               Al2O3/ZrO2        Si3N4 

密度g/cm3  6—6.05     3——4.5                3.2 

硬度CHRA     89        85——88        93 

抗弯强度MPa1000—1200   300—500       900 

断裂韧性MPam1/212—14      5—7         8.5

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