1、前言
在煤矸石電廠，一般采用環(huán)
錘式破碎機(jī)粉碎煤矸石，環(huán)錘采用高錳鋼材料。由于高錳鋼在強(qiáng)烈沖擊的工況條件下才具有優(yōu)良的加工硬化效果，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗磨性；而在環(huán)式破碎機(jī)中，由于沖擊載荷較小，高錳鋼環(huán)錘的加工硬化效果較差，其殘體表面硬度低，故耐磨性差，使用壽命短。
通過對諸多抗磨材料進(jìn)行分析和研究，經(jīng)過大量試驗，研制出了具有優(yōu)良抗磨性能的馬氏體與貝氏體混合組織鋼。其特點是：硬度、韌性綜合性能高，加入合金量少，生產(chǎn)成本較低，工藝穩(wěn)定，具有良好的抗磨性。
2、試驗方法
2.1材料的化學(xué)成分(WTo)
C: 0.43-0.55; Si: 1.3-1.55; Mn: 1.2-1.5;
Cr: 1.35-1.6; Mo: 0.15-0.25;P≤0.04; S:≤0.04。
2.2熔煉及試樣制備
試驗材料采用60kg堿性中頻感應(yīng)爐，砂型澆鑄10 mmx10 mmx55 mm標(biāo)準(zhǔn)試樣。爐料由廢鋼、鉻鐵、錳鐵、硅鐵、鉬鐵等組成。
2.3熱處理工藝
熱處理工藝是得到理想基體組織的必要條件，本試驗采用奧氏體化后等溫淬火的工藝。使用箱式電阻爐加熱鑄件，然后淬入硝鹽槽中等溫，根據(jù)文獻(xiàn)按鋼的實際合金成分含量修正，采用膨脹法測得試驗鋼的臨界點Acl≈7550C，A c3≈8250C M,- 270C。經(jīng)反復(fù)試驗確定鋼的奧氏體化溫度為900℃~920℃，保溫時間2h，鹽浴等溫溫度為280℃-320℃，等溫時間為1-1.5h。
3、試驗結(jié)果與分析
3.1化學(xué)成分對性能的影響。
鋼的含碳量對鋼的力學(xué)性能影響很大。在同一熱處理條件下，隨著含碳量的增加，鋼的硬度上升，而沖擊韌性下降，其主要原因是在貝氏體的等溫過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變不充分，在隨后的冷卻過程中，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。隨著含碳量的增加，轉(zhuǎn)變生成的馬氏體形態(tài)由板條狀變?yōu)獒槧睢ｋm然先生成的貝氏體分割細(xì)化了馬氏體組織，但由于硬化相馬氏體數(shù)量增加，致使整體的硬度增加而韌性下降。從試驗結(jié)果看，含碳量控制在0.43%-0.55%范圍內(nèi)，試驗鋼的綜合機(jī)械性能較為理想。
在馬氏體一貝氏體鋼的轉(zhuǎn)變過程中，硅具有強(qiáng)烈的抑制碳化物析出的作用，能抑制貝氏體鐵素體條片間Fe3C碳化物的析出，也能抑制下貝氏體鐵素體亞結(jié)構(gòu)條片間口碳化物轉(zhuǎn)化為Fe3C碳化物，其主要作用是提高奧氏體的熱力學(xué)穩(wěn)定性。隨著試驗鋼中的含硅量的增加，使鋼中殘余奧氏體量顯著增加，馬氏體量顯著減少，硬度下降，韌性提高。因此，當(dāng)要求材質(zhì)在一定的韌性范圍內(nèi)具有較高的硬度時，要嚴(yán)格控制硅的加入量，試驗鋼選擇含硅量為1.3%～1.55%之間。
錳元素對鋼的力學(xué)性能影響較大，錳含量較低時主要是對鋼的淬透性的影響，鋼的硬度較低。但當(dāng)錳含量過高時，試驗鋼的沖擊韌性明顯下降，其主要原因是錳含量過高使C曲線右移，在本實驗的等溫條件下，貝氏體轉(zhuǎn)變量較少，以致于殘余奧氏體在隨后的冷卻過程中較變?yōu)轳R氏體而致使鋼的硬度增高，本試驗鋼選擇含錳量為1.2%～1.5%。
3.2熱處理工藝對銅的性能的影響
本實驗中，試樣的化學(xué)成份(Wr%)為：
C: 0.48 Si: 1.31 Mn: 1.26 Cr: 1.5 Mo: 0.2
經(jīng)910。C保溫2h，采用不同的等溫?zé)崽幚砉に噷υ嚇舆M(jìn)行處理，其硬度和韌性變化如表1所示。
隨著等溫溫度的升高，鋼的硬度下降，韌性提高。其主要原因是隨著等溫溫度的升高，貝氏體轉(zhuǎn)變孕育期縮短，轉(zhuǎn)變速度加快，在相同的等溫時間內(nèi)，可獲得更多數(shù)量的貝氏體。
在等溫溫度相同的條件下，隨著等溫時間的縮短，鋼的硬度提高而韌性下降，其主要原因是由于過冷奧氏體在等溫過程中轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的數(shù)量較少，大部分在隨后的冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，造成混合組織中馬氏體量增加，硬度升高。
3.3抗磨料磨損試驗
磨損試驗是在MLD-10型高應(yīng)力磨損試驗機(jī)上進(jìn)行。磨損過程包括上試樣自由下落與旋轉(zhuǎn)下試樣產(chǎn)生撞擊，兩試樣之間有一定數(shù)量的磨料，直到上試樣再度重新提起進(jìn)行下一次沖擊，試驗時采用的磨料為70/140目石英砂，沖擊頻率為1 Hz，試樣下落高度為10 mm，重錘重量為5 kg、8 kg，下旋轉(zhuǎn)試樣為淬火45鋼，每試驗15 min稱重一次，取兩次平均值，試驗結(jié)果如表2所示。
從試驗結(jié)果看，不同熱處理工藝條件下的試驗鋼在沖擊載荷下的磨料磨損中，均表現(xiàn)出良好的抗磨性，ZGM13及三種試驗鋼在8kg重錘作用下，均有一定的加工硬度現(xiàn)象，但由于Mn13的加工硬化效果較差，磨耗量還是很高，材料的磨損以沖擊抗塑變形磨損與切削磨損為主，材料的抗磨性主要取決于適當(dāng)硬度和韌性。
3.4裝機(jī)試驗
在七煤集團(tuán)煤矸石電廠的型號PCHl010的環(huán)錘式破碎機(jī)上分別使用高錳鋼環(huán)錘、本試驗鋼環(huán)錘，其對比使用結(jié)果如表3所示。使用本試驗鋼制作環(huán)錘，其使用壽命可提高36%以上。
4、結(jié)論
(1)選擇合適的化學(xué)成分，適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕色@得具有優(yōu)良抗磨性能的貝氏體鋼。
(2)中碳貝氏體鋼可替代ZGM13制做環(huán)錘等耐磨件。
(3)利用等溫?zé)崽幚恚に嚭唵危|(zhì)量穩(wěn)定。
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