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贝氏体铸钢耐磨件的发展和应用摘要 徐雪霞白秉哲方鸿生 清华大学材料科学与工程系， 北素!?100084 磨损给电力、矿山、工程机械等工业部门造成了巨大的损失，研制新型耐磨材料，降 低材料消耗和企业生产成本，具有重要的经济意义。 自20世纪70年代，清华大学研制成功Mn-B系贝氏体钢以来，该系列钢种由于空冷 整体自硬，生产工艺简单，成本低等优点，已引起广泛重视。Mn系贝氏体铸钢采用空冷即 可获得贝氏体，马氏体复相组织，具有很高的强韧性配合(硬度≥50HRC，a x≥ 30-100J／cm2)，性能明显优于同类产品，适合于制造各种矿山、建材和发电等行业的粉 碎与制粉设备的耐磨件，如衬板、齿板、锤头、输送管等产品，应用非常广泛。本文主要 介绍新型高强、高韧、耐磨贝氏体铸钢在主要工业领域的应用成果。 1．合金化原理、工艺和耐磨性机理 ．． 在硬度相当时，贝氏体组织的耐磨性优于马氏体组织。合金化以硅、锰、铬为主要合金 元素，加入适量钒、钛、硼和稀土元素等，空冷后得到以贝氏体为主的铸钢组织，具有硬度 和韧性高、耐磨性好等特点。热处理工艺尤其是回火温度对低合金贝氏体铸钢硬度和冲击 韧度有非常重要的影响，选择合适的工艺参数对获得所需的组织和性能十分关键。 通常低应力冲击磨损以微切削为主，材料的硬度对其耐磨性起决定影响；高应力冲击 磨损以白层剥落为主，材料的强韧性及抗裂纹扩展性能显著影响其耐磨性能。Mn系空冷 贝氏体钢具有优良的抗冲击磨损性能，主要来源于其独特的组织构成。 二．在主要工业领域的应用 2．1球磨机衬板和破碎机锤头、颚板 目前破碎机颚板和球磨机衬板主要采用高锰钢制造。高锰钢虽然具有高的加工硬化能 力和高韧性，但起始硬度低，用于球磨机衬板和破碎机颚极，加工硬化效果差，使用寿命短。 高铬铸铁和镍硬铸铁虽然硬度高，耐磨性好，但脆性大，使用中易出现断裂，影响破碎设备的 正常运行。 低合金空冷贝氏体铸钢成分容易控制，具有淬火温度范围宽、回火稳定性好等特点， 2以上，综合性 在普通热处理工艺条件下，其硬度值达HRC60以上，冲击韧性达16J／cm 能良好，生产工艺简单，贵重合金元素加入量少，生产成本低，是一种替代高锰钢的理想材 料。用于制造非金属矿破碎机颚板和球磨机衬板，具有较高的强度、硬度和韧性。使用中从 未发生变形和断裂，安全可靠，寿命比高锰钢提高3．5倍，提高设备运转率，降低研磨成本， 具有很好的经济效益。 2．2磨球 磨球消耗巨大，国内、国外广泛使用的磨球有低合金钢铸球、铬合金铸铁球、合金钢 锻轧球等，但普通锻钢球和低铬铸铁球淬透性差，磨球内部硬度低，耐磨性低，球耗高。高铬铸 铁球iIij磨性好，但韧性差，成本高，而且不适于湿磨。 Mn-B系贝氏体铸钢磨球整体硬度高，直径150ram的磨球也能高硬度从表面硬到心部， 而且硬度均匀，并具有高的韧性。与其它常用磨球相比，破碎率极低，磨耗明显下降，与 高铬铸铁球相当，但生产成本显著低于高铬铸铁，且生产工艺简单，具有很好的经济效益。 在各种恶劣环境下长期稳定使用，效果理想。 2．3传输耐磨管 ．165． 传输耐磨管要求耐磨、硬度高、抗冲刷，且焊接性能良好。目前常用的材料有16Mn及 一些陶瓷与金属的复合管材等，但使用效果均不理想。16Mn等低合金钢硬度很低，耐磨 性能很差，磨损快，更换频繁。清华大学贝氏体研究和推广中心采用强力变速离心铸造超短 工艺流程技术制造的新型空冷贝氏体抗磨钢管，具有高强度高韧性，硬度大于HRC45，抗 磨性能是l6Mn钢的6倍，使用寿命比16Mn钢大幅度提高，且具有良好的焊接性能。 2．4斗齿、铲齿和齿座 斗齿、铲齿和齿座消耗很大，每年有相当数量需要进口。国产新型无碳化物贝氏体铸 钢成分为低、中碳合金贝氏体铸钢。选用低碳是为了保证齿座等需要焊接的构件的焊接性 能，对于不要求焊接的斗齿、铲齿材料，选用中碳以获得高强度、高耐磨性能和足够的韧 性。新型贝氏体铲齿与进口原装电铲铲齿比较，力学性能达到要求，使用寿命相当，