ZG30CrMn2Si2Mo作為斗齒材料的探究

摘 要：通過(guò)斗齒材料的用途，了解斗齒材料在工作過(guò)程中會(huì)受到嚴(yán)重的沖擊力造成一定程度的磨損。而國(guó)內(nèi)的斗齒材料多是用高錳鋼做的，但是耐磨性差，因此研究ZG30CrMn2Si2Mo作為斗齒材料，使斗齒材料具有更好的硬度和耐磨性。

關(guān)鍵詞：斗齒；馬氏體；淬火；耐磨性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.047

1 斗齒材料的用途

我國(guó)現(xiàn)在斗齒材料多用的都是高錳鋼，比如：ZGMn13作為斗齒材料，這種鋼在經(jīng)過(guò)處理后會(huì)形成單相奧氏體組織，這種組織在強(qiáng)烈沖擊、切割擠壓載荷的作用下，具有加工硬化的特點(diǎn)，如果它的沖擊能力越大，那么硬化效果則會(huì)越好。但是如果硬化效果不是很明顯，將會(huì)導(dǎo)致，斗齒材料表面硬度較差。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，高錳鋼在經(jīng)過(guò)高沖擊應(yīng)力以后，也并非最優(yōu)秀的耐磨材料，因?yàn)樵跊_擊作用下，高錳鋼的加工硬化鋒不是在最表層，而是在整個(gè)材料的亞表層，這的組織是脆化萌生裂紋的開始，會(huì)導(dǎo)致斗齒材料磨損表面的剝落。所以，高錳鋼并不適合于既受沖擊力又受摩擦力的采掘工況，它僅僅適合于受到強(qiáng)烈沖擊力的采掘工況。

為了更好地找到另一種材料代替高錳鋼作為斗齒材料，我們把目標(biāo)鎖定在低碳馬氏體多元合金鋼，研究這種鋼是否更適合制作斗齒材料，有沒(méi)有足夠的耐磨性。通過(guò)熱處理工藝使低碳馬氏體多元合金鋼，具有更好地耐磨性、強(qiáng)度、沖擊韌性、焊接性和抗應(yīng)力腐蝕開裂等特性，克服高錳鋼斗齒所帶來(lái)的缺點(diǎn)，從而減少工程經(jīng)濟(jì)開支，提高生產(chǎn)率。

2 對(duì)ZG30CrMn2Si2Mo作熱處理工藝設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)安排

確定了以ZG30CrMn2Si2Mo作為研究對(duì)象，化學(xué)成分含量如下所示表1：

ZG30CrMn2Si2Mo處理成板條狀馬氏體，以板條狀馬氏體為基體使材料有更強(qiáng)的耐磨性，使碳化物與基體組織形成共格關(guān)系。確定了對(duì)ZG30CrMn2Si2Mo的工藝，那么組織中碳化物的大小也就確定了，接下來(lái)我們要研究熱處理會(huì)對(duì)ZG30CrMn2Si2Mo材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性的影響。

首先，把ZG30CrMn2Si2Mo用高速走絲切割機(jī)截取成10mm*10mm*15mm的試樣。本次試驗(yàn)選擇用箱式爐將淬火溫度選取為940℃、960℃，選擇水淬的淬火方式。淬火到達(dá)溫度后，試樣在爐內(nèi)保溫20分鐘，隨后拿出迅速用水進(jìn)行冷卻。

試樣在沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理工藝時(shí)，材料按化學(xué)成分澆注成鑄件，其鑄態(tài)組織如圖1所示：

從圖a我們可以可以看到白色的組織物是鐵素體，黑色的組織物為是珠光體，此時(shí)測(cè)試的硬度可以達(dá)到洛氏硬度HRC30，組織為長(zhǎng)條狀鑄態(tài)組織，可以看出組織晶粒為50μm左右，此時(shí)的鑄態(tài)組織晶粒比較粗大，試樣上一塊塊地小黑點(diǎn)與氧化物夾雜相似，可以得出這個(gè)組織應(yīng)該是氧化物夾雜。

經(jīng)研究表明，影響鋼材性能的主要因素是夾雜物成分、尺寸、形狀、數(shù)量還有它們?cè)诨w中的分布情況。夾雜物的尺寸小于10μm，而且分布間距很大時(shí)，則不會(huì)對(duì)鋼材的宏觀質(zhì)量造成影響。

3 淬火后的組織

鑄件在940℃、960℃淬火，用金相顯微鏡觀察與分析，圖2至圖3是試樣淬火處理后的金相組織圖片。

從圖2至圖3淬火后金相組織可以看出，實(shí)驗(yàn)之后得到的是板條狀馬氏體組織。在900℃淬火，ZG30CrMn2Si2Mo鋼的硬度要低于其它淬火溫度下的強(qiáng)度，如果淬火溫度低，那么ZG30CrMn2Si2Mo的強(qiáng)度也會(huì)變低。ZG30CrMn2Si2M屬于低合金鋼，所以在鋼中，合金元素會(huì)對(duì)奧氏體組織的長(zhǎng)大，馬氏體組織的生成、轉(zhuǎn)變有一定的影響。淬火溫度在920℃～960℃時(shí)，ZG30CrMn2Si2M的強(qiáng)度較高且基本保持不變。從圖中可以看出960℃時(shí)得到均勻細(xì)小的板條狀馬氏體組織，而且強(qiáng)度也比較高。

鋼在淬火后的會(huì)殘留一定的奧氏體組織，主要決定了奧氏體組織的化學(xué)成分。如果奧氏體組織中的碳含量越大，那么在淬火后殘留奧氏體的數(shù)量也會(huì)越多。當(dāng)奧氏體組織中的碳含量少時(shí)，殘留奧氏體量也會(huì)很少。當(dāng)少量的殘留奧氏體與馬氏體共存時(shí)，對(duì)鋼的性能有一定的影響，會(huì)降低工件的淬火硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度。

4 結(jié)論

將ZG30CrMn2Si2Mo，在940℃、960℃分別保溫20min水淬，得到的組織為板條狀馬氏體組織，通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終確定適合此鋼的淬火溫度為960℃。ZG30CrMn2Si2Mo隨溫度的升高，得到的組織逐漸細(xì)化，在960℃時(shí)，達(dá)到最細(xì)，組織均勻，為均勻的板條狀馬氏體組織。所以，ZG30CrMn2Si2Mo可以更好的作為斗齒材料應(yīng)用在采掘工程中。