局部水淬耐磨鋼犁鏵研究與應(yīng)用

張圳炫 榮守范 李洪波 王迪 焦仁寶 劉力 孫柯楠 王俊發(fā)

摘 要：針對高錳鋼犁鏵耐磨性較差，為了提高犁鏵的韌性及耐磨性，降低犁鏵的斷裂與磨損，在改變碳元素的基礎(chǔ)上研究淬火方式對耐磨鋼的組織與性能的影響。結(jié)果表明：隨著碳含量升高，局部水淬/空淬鋼的硬度逐漸升高，而沖擊韌性逐漸降低。碳含量為0.344%，熱處理工藝為“940℃淬火×1.5h+局部水冷/空冷+200℃×3h回火”試驗鋼的綜合力性能最好，水淬部分硬度為49HRC，沖擊韌性ak值為145J/cm2;空淬部分硬度為30HRC，沖擊韌性ak值為260J/cm2。經(jīng)過裝機應(yīng)用試驗，局部水淬/空淬鋼材質(zhì)犁鏵的使用壽命是高錳鋼材質(zhì)犁鏵的2～3倍。

關(guān)鍵詞：碳含量;水淬;空淬;耐磨性

DOI：10.15938/j.jhust.2019.04.016

中圖分類號： TG161

文獻標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2019）04-0094-05

Abstract：In view of the poor wear resistance of high manganese steel ploughshare， in order to improve the toughness and wear resistance of ploughshare and reduce the fracture and wear of ploughshare， the influence of quenching method on the microstructure and properties of wear-resistant steel was studied on the basis of changing carbon elements. The results show that with the increase of carbon content， the hardness of local water quenching/air quenching steel increases gradually， and the impact toughness decreases gradually. The carbon content is 0.344%， and the heat treatment process is “940℃ quenching×1.5h+local water cooling/air cooling+200℃×3h tempering”. The test steel has the best comprehensive performance. The hardness of the water quenching part is 49HRC， and the impact toughness ak value is 145J/cm2; the hardness of the air quenching part is 30HRC， and the impact toughness ak value is 260J/cm2. After the installation application test， the service life of the local water quenching/air quenching steel material plough is 2～3 times as long as that of the high manganese steel material ploughshare.

Keywords：carbon content; water quench; air quench; wear resistance

0 引 言

土壤深松技術(shù)是一項在世界各地得到廣泛應(yīng)用的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。犁鏵是深松機的核心部件，其工作條件相對比較惡劣，在較硬物料磨損的情況下還承受一定的沖擊力，因此，犁鏵需要較高的硬度、沖擊韌性和耐磨性[1]。低合金耐磨鋼作為耐磨鋼的一個重要類別，因其合金含量較低、生產(chǎn)方便、價格便宜，綜合力學(xué)性能好等特點，獲得了應(yīng)用客戶的青睞[2-3]。低合金耐磨鋼中組織主要為回火馬氏體[4]，所以水淬鋼具有很高的耐磨性，但韌性不足[6-8]，致使水淬鋼犁鏵在使用過程中，遇到強烈沖擊時，發(fā)生斷裂現(xiàn)象[5，9]。犁鏵在使用過程中主要是犁刃部分接觸土壤，要求具有高耐磨性;而裝配部分為防止斷裂，要求具有高韌性。本文提出局部水淬/空淬方法制造犁鏵，需要低合金鋼材質(zhì)同時具有水淬/空淬特點，以獲得不同的機械性能。

1 試驗材料及方法

1.1 化學(xué)成分的選擇

根據(jù)犁鏵的實際工況條件及合金元素的作用，選用如表1所示的化學(xué)成分，通過改變材料內(nèi)碳元素的含量，研究碳對水淬/空淬鋼的影響規(guī)律。

1.2 熱處理工藝的選擇

根據(jù)鋼的臨界點確定奧氏體化溫度、水淬、空淬、回火溫度臨界點，確定熱處理工藝參數(shù)如圖1所示。

1.3 試樣的制備及分析方法

采用KGPS-800型20kg中頻熔煉爐熔煉試驗鋼。利用DZK線切割機線切割出10mm×10mm×55mm的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣（無缺口）和25mm×80mm×100mm的淬透性試樣;抗磨損實驗采用MLD-100型動載荷沖擊磨損試驗機，模擬實際工況環(huán)境，用實驗前后的磨損失重量來衡量試樣的抗磨損能力。利用OLYMPUS-GX71型光學(xué)電子顯微鏡進行顯微組織觀察，同時用ADYANCE型X射線衍射儀分析相組成，使用JSM7800F場發(fā)射掃描電鏡分析沖擊斷口形貌。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 碳含量對水淬鋼組織及性能的影響

由圖2金相照片上可以看出，不同碳含量的試驗鋼經(jīng)水淬熱處理后，水淬鋼的組織為馬氏體以及少量殘余奧氏體。隨著碳含量的增加，組織中馬氏體的組織形態(tài)、數(shù)量和分布都有著明顯的變化。當(dāng)碳含量為0.315%時，試驗鋼的組織為板條狀馬氏體和殘余奧氏體。當(dāng)碳含量為0.370%時，片狀馬氏體出現(xiàn)，組織主要為板條狀馬氏體和少量片狀馬氏體。隨著碳含量的增加，試驗鋼組織中的馬氏體數(shù)量也隨之增加，并伴隨片狀馬氏體生成，馬氏體的組織晶粒細化，并均勻化。

2.2 碳含量對空淬鋼組織及性能的影響

圖5為試驗鋼空淬熱處理后的顯微組織，由金相圖可以看出，空淬鋼的組織為珠光體+鐵素體+殘余奧氏體。隨著碳含量的增加，其顯微組織發(fā)生了明顯的變化，珠光體的含量增加，馬氏體的含量增加，鐵素體減少，而且組織發(fā)生了細化。當(dāng)碳質(zhì)量分數(shù)為0.315%時，組織主要為珠光體加鐵素體;當(dāng)碳質(zhì)量分數(shù)為0.344%時，組織主要為珠光體+少量鐵素體+少量殘余奧氏體。當(dāng)碳質(zhì)量分數(shù)為0.370%時，組織中的珠光體含量增多并且細化。當(dāng)碳質(zhì)量分數(shù)為0.406%時，組織為珠光體、少量馬氏體和少量殘余奧氏體。

2.3 淬火方式對試樣淬透性的影響

將試樣沿凹槽打斷，進行洛氏硬度測試，測試點從外向中心呈一字型展開，間隔為10mm，共測試4個點的數(shù)據(jù)，再對比標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣的硬度值，以獲取本次實驗所選取的材料成分及造型方法對試樣淬透性的影響。試樣洛氏硬度測試點示意圖如圖8所示。

4 結(jié) 論

1）隨著碳含量的增加，水淬鋼組織中馬氏體含量增加，空淬鋼組織中珠光體含量增加，沖擊韌性降低，洛氏硬度上升。

2）碳含量為0.344%，熱處理工藝為“940℃淬火×1.5h+水冷/空冷+200℃×3h回火”試驗鋼的綜合力性能最好，水淬部分硬度為49HRC，沖擊韌性ak值為145J/cm2;空淬部分硬度為30HRC，沖擊韌性ak值為260J/cm2。

3）局部水淬/空淬耐磨鋼完全滿足犁鏵材質(zhì)工況要求，實驗證明其使用壽命比高錳鋼材質(zhì)犁鏵高2～3倍。

參 考 文 獻：

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（編輯：溫澤宇）