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耐磨钢
高锰钢是一种碳含量和锰含量较高的耐磨钢,这个具有百余年的古老钢种,
由于它在大的冲击磨料磨损条件下使用时具有很强的加工硬化能力,同时兼有良
好的韧性和塑性,以及生产工艺易于掌握等优点
这些钢具有较好的耐磨性和韧性,
耐磨钢种类繁多,大体上可分为高锰钢,中、低合金耐磨钢,铬钼硅锰钢,耐气
蚀钢,耐磨蚀钢以及特殊耐磨钢等。一些通用的合金钢如不锈钢、轴承钢、合金
工具钢及合金结构钢等也都在特定的条件为耐磨钢使用,由于它们方便,
性能优良,故在耐磨钢的使用中也占有一定的比例。
中、低合金耐磨钢这类钢中通常所含的化学元素有硅、锰、铬、钼、钒、钨、镍、
钛、硼、铜、稀土等
耐磨钢广泛用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、
铁路等部门。例如,球磨机的钢球、
槽帮、圆环链,推土机用铲刀、铲齿,大型电动轮车斗用衬板,石油和露天铁
矿穿孔用牙轮钻头等等,以上所列举的还主要限于属于经受磨料磨损的耐磨钢的
应用,而各种各样的机械中凡是有相对的工件问,皆会产生各种类型的磨
损,都会有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨钢,
耐磨铸铁
耐磨铸铁的组织具有均匀的高硬度。普通白口铸铁就是一种抗磨性高的铸铁,但
其脆性大,因此常加入适量的Cu、Cr、Mo、W、Ni、Mn等合金元素,增加其韧性,
并具有更高的硬度和耐磨性。
耐磨铸铁分为减磨铸铁和抗磨铸铁两类。前者是在有润滑剂,受粘着磨损条件下
工作的,如机床导轨和拖板,发动机的缸套和活塞,各种滑块等。后者是在无润
滑剂、受磨料磨损条件下工作,如轧辊、犁铧球磨机磨球等。
(1)减磨铸铁
减磨铸铁的组织应是软基体上分布有坚硬的相。软基体在磨损后形成的沟槽可保
持油膜,有利于润滑,而坚硬相可承受摩擦。
磨损的分类
磨粒磨损:物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物(包括硬金属)相互摩擦引起表面
材料损失。
粘着磨损:摩擦副相对时,由于固相焊合作用的结果,造成接触面金属损耗。
表面疲劳磨损:两接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳而产生
物质损失。
腐蚀磨损:零件表面在摩擦的过程中,表面金属与周围介质发生化学或电化学反
应,因而出现的物质损失。
微动磨损:两接触表面间没有宏观相对,但在外界变动负荷影响下,有小振
幅的相对振动(小于100μm),此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末,
因此造成的磨损称为微动磨损
钢中的非塑性夹杂物等冶金,对疲劳磨损有严重的影响。如钢中的氮化物、
氧化物、硅酸盐等带棱角的质点,在受力过程中,其变形不能与基体协调而形成
空隙,构成应力集中源,在交变应力作用下出现裂纹并扩展,最后导致疲劳磨损
早期出现。因此,选择含有害夹杂物少的钢(如轴承常用净化钢),对提高摩擦
副抗疲劳磨损能力有着重要意义。
在某些情况下,铸铁的抗疲劳磨损能力优于钢,这是因为钢中微裂纹受摩擦力的
影响具有一定方向性,且也容易渗入油而扩展;而铸铁基体组织中含有石墨,裂
纹沿石墨发展且没有一定方向性,润滑油不易渗入裂纹。
硬度
一般情况下,材料抗疲劳磨损能力随表面硬度的增加而增强,而表面硬度一旦越
过一定值,则情况相反。
钢的芯部硬度对抗疲劳磨损有一定影响,在外载荷一定的条件下,芯部硬度越高,
产生疲劳裂纹的性就越小。因此,对于渗碳钢应合理地提高其芯部硬度,
但也不能无限地提高,否则韧性太低也容易产生裂纹。此外,钢的硬化层厚度也
对抗疲劳磨损能力有影响,硬化层太薄时,疲劳裂纹将出现在硬化层与基体的
连接处而易形成表面剥落。因此,选择硬化层厚度时,应使疲劳裂纹产生在硬化
层内,以提高抗疲劳磨损能力。
齿轮副的硬度选配,一般要求大齿轮硬度低于小齿轮,这样有利于跑合,使接触
应力分布均匀和对大齿轮齿面产生冷作硬化作用,从而有效地提高齿轮副
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