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    新型耐磨材料的研究介紹


    1. 硬質合金/鑄鋼新型復合耐磨材料 

    人們在研制各種新型金屬耐磨材料的同時,也在選用硬質合金制作易磨損的結構零件(即易磨損件),并已取得了很好的效果。  

    用于制作易磨損件的硬質合金高速增長的主要原因是:第*,用其制作的易磨損件的使用壽命是用其他金屬耐磨材料制作的易磨損件的幾倍、幾十倍、甚至上百倍。然而硬質合金硬度高,脆性也大,用其制作的易磨損件往往在尚未達到預期的使用壽命時,就因破損、斷裂等早期失效;第*,硬質合金是脆性材料,不能用于制作受沖擊力大的易磨損件;第三,硬質合金造價高、一次性投資大,許多潛在用戶相用而用不起。因此,硬質合金用作易磨損件受到一定的限制。  

    事實上,絕大多數易磨損件只有部分表面為工作面,工作面的有效厚度也只在很小的范圍(0.02—10mm)內,在運轉過程中因工作面磨損過度,尺寸超差時就失效報廢。如果易磨損件的工作面的有效厚度(或大于有效厚度)部分為硬度高、耐磨性好的昂貴材料—硬質合金,其余部分為強度高、韌性好的廉價材料—鑄鋼,兩者冶金結合時,這種疊層復合材料就具有硬質合金的高硬度、高耐磨性和鋼的高強度、高韌性兩者的優良性能,克服了兩者的弱點。這種材料就是硬質合金/鑄鋼復合耐磨零件。  

    將一定形狀的硬質合金塊經預處理后固定在金屬型腔內指定的位置上,利用澆入鋼液的熱量使其與鋼液接觸的表面呈半熔融狀態,凝固后在硬質合金和鋼之間形成一個互溶的過渡區。通過這種冶金結合,可獲得復合耐磨制件毛坯。這種之間具有兩種材料的長處,因此可廣泛應用于冷熱沖壓模具、粉末冶金模具、軋制金屬的軋輥、機械設備的耐磨件、受沖擊力較大的易磨損件及刃具、刀具、量具等。于硬質合金件比較,可節約硬質合金40%以上,生產成本降低25%以上,而且使用壽命還有所提高。

    2. 鋁基高強度耐磨材料      

    由于鋁硅合金在力學性能、鑄造性能方面存在一系列優點,所以是目前應用最廣泛的一類鑄造鋁合金。目前應用最廣泛的鋁硅合金大致分為兩類,一類是共晶和亞共晶型鋁硅合金,這類鋁硅合金的含硅量一般在5%--10%左右,這類合金具有一定的機械強度,延伸率一般在2%左右,常用于制造工作負荷、工作溫度不大的機械零件,經過合金強化后也可用作活塞材料。另一類是近年發展起來的過共晶硅合金,這類合金含硅量在17%--26%之間,具有熱膨脹系數小,密度、體積穩定性好,導熱能力強,耐磨和耐腐蝕等特點,但其常溫機械性能較差,特別是延伸率,一般僅在1%左右。目前在國內,這類合金主要作為摩托車、汽車發動機活塞的試用材料。  

    經實驗研究,已初步研制出一種新型的高強度耐磨鋁硅合金,這種合金具有比共晶、亞共晶鋁硅合金更高的常溫機械性能,又具有過共晶鋁硅合金耐磨、耐腐蝕、高溫性能好等一系列優點??赏诤娇?、航天、汽車、造船等工業領域中獲得廣泛應用。  

    為獲得要求性能,在合金成分的設計上,考慮以鋁為基礎,添加Si、Cu、Mg、Ti、Mg等合金元素。綜合考慮,合金的硅含量在15%范圍內為宜。銅鎂比為12%左右性能最佳。一般情況下,合金的鈦含量控制在0.2%左右,錳的加入量為0.3%左右。  

    該合金屬于過共晶鋁硅合金,組織中同時存在著針狀共晶硅和為數不少的初晶硅。因此,為了使該合金具有所要求的性能,必*進行雙向變質處理。使用SX-1號雙相變質劑不僅對初晶硅有良好的細化作用,而且對攻晶硅有穩定的變質效果,加入量一般在2%左右即可獲得滿意的效果。同時,該變質劑還具有變質作用時間長,有重熔性能等一系列優點,這對滿足批量生產過程要求,提高經濟效益都有十分積極的意義。實驗證明,新型高強度耐磨鋁硅合金通過使用SX-1號雙相變質劑進行處理和熱處理措施可以具有比共晶、亞共晶型鋁硅合金更好的常溫機械性能,又具有比過共晶型鋁硅合金耐磨、耐蝕、高溫性能好等一系列優點,是一種很有發展前途的新型合金,可望在機械工業上得*廣泛的應用。

    3. 新型多相鐵基耐磨材料    

    在潤滑不良或干摩擦等惡劣條件下工作的機械零部件,要求同時具有優異的耐磨、自潤滑、導熱及減震性能。球墨鑄鐵由于含有石墨球而具有優良的自潤滑、熱傳導及減震性能和優異的機械性能。但由于其硬度低、耐磨性差,利用激光束對球墨鑄鐵進行表面快速熔化/凝固處理,在工作表面獲得硬質耐磨的快速凝固萊氏體型白口鑄鐵組織,使耐磨性大幅度提高,同時卻犧牲了石墨相優異的自潤滑、熱傳導等性能。顯然,若能在耐磨性優異的快速凝固萊氏體組織中彌散分布以適量細小石墨相,在潤滑不良機干摩擦條件下竟會有很好的摩擦學性能。遺憾的是,由于在快速凝固條件下鑄鐵熔體完全按Fe-Fe3C亞穩系快速凝固形成萊氏體型白口組織,不能獲得上述新材料。但值得注意的是,球墨鑄鐵激光重熔快速凝固組織中硬質共晶滲碳體是不穩定的亞穩相(只要相變動力學條件適合,它將會迅速向其熱力學穩定相石墨轉化),顯然,只需對球墨鑄鐵激光快速凝固組織進行簡單的熱處理,使共晶滲碳體部分地石墨化并控制其相變過程,即可制得既含硬質耐磨快速凝固共晶滲碳體又含彌散超細石墨的多相鐵基新型耐磨材料。  

    球墨鑄鐵激光表面重熔快速凝固組織由少量初生奧氏體樹枝晶及滲碳體/奧氏體共晶組成,其中奧氏體相在快速凝固后的冷卻過程中大部分轉變為細針狀馬氏體,這種快速凝固組織的顯微硬度約為950HV。在750°C退火后,滲碳體迅速石墨化,從而成功制出了既含硬質耐磨共晶滲碳體又含彌散石墨的耐磨材料。

    4. 新型鑄造WC(碳化鎢)顆粒復合耐磨材料    

    鑄造WC顆粒在國內外均得*廣泛的應用,其金屬基體多為低碳鋼,這樣堆基體進行多元合金化,使金屬基體具有高硬度的同時還具有足夠的韌性,焊層中易出現各種問題,其中較為突出的問題是堆焊層易產生裂紋及剝落,這表明這種復合材料韌性低、脆性大。但若對該復合耐磨材料的金屬從而可進一步提高鑄造WC顆粒的耐磨性,拓寬這類復合材料的應用范圍。


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