成分與組織對(duì)鋼的沖擊腐蝕磨損特性與機(jī)制的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、材料的磨損是機(jī)械產(chǎn)品中常見的失效形式，每年給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在冶金礦山行業(yè)濕式磨礦機(jī)中，耐磨材料不僅受到漿料的腐蝕，還受到物料的沖擊和磨損，這三者的交互作用大大加速了耐磨材料的磨損，降低了材料的壽命。因此，研究開發(fā)新型的耐沖擊腐蝕磨損材料，提高工件在沖擊、腐蝕和磨損交互作用下的服役壽命具有現(xiàn)實(shí)意義。 新型耐磨材料的開發(fā)依賴于材料磨損特性和機(jī)制的研究。只有明確了不同條件下材料的磨損特性和磨損機(jī)制，才能針對(duì)實(shí)際情況合理選擇耐

2、磨材料、制定正確的工藝過程，以及指導(dǎo)設(shè)計(jì)開發(fā)新型耐磨材料。而材料性能、壽命的好壞取決于其合金設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。 本文采用MLDF-10沖擊腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)，研究了高錳鋼、中碳低合金鋼、CrNiMo、CrMnMo低碳高合金鋼在沖擊腐蝕磨損條件下的磨損特性、機(jī)制，探討了沖擊功、沖擊角、腐蝕介質(zhì)pH值對(duì)沖擊腐蝕磨損特性和機(jī)制的影響；以光學(xué)金相分析、掃描電鏡分析等研究方法為手段，研究了上述合金沖擊腐蝕磨損機(jī)制形成的微觀機(jī)理；并采用有限

3、元分析方法，利用ANSYS軟件，實(shí)現(xiàn)了在虛擬環(huán)境下對(duì)沖擊過程的研究和數(shù)字仿真，研究了沖擊磨料磨損沖擊過程中試樣的應(yīng)力分布狀態(tài)。 主要研究結(jié)果如下： （1）強(qiáng)沖擊弱腐蝕的沖擊腐蝕磨損條件下，隨沖擊功的增加，高錳鋼耐磨性明顯下降；失效機(jī)制由擠出棱沿根斷裂及輕微淺層剝落和腐蝕磨損，向淺層的疲勞剝落和嚴(yán)重腐蝕磨損及深層加工硬化導(dǎo)致的硬化層大塊剝落和嚴(yán)重腐蝕磨損轉(zhuǎn)變；在弱沖擊強(qiáng)腐蝕的沖擊腐蝕磨損條件下，隨沖擊功增加，其沖擊腐蝕磨損

4、機(jī)制由微觀犁皺和二次顯微切削變?yōu)橐詳D出棱的低周疲勞斷裂為主，兼有輕微的腐蝕磨損。 （2）在沖擊腐蝕磨損條件下，沖擊角減小，高錳鋼沖擊腐蝕磨損失效機(jī)制由淺層疲勞剝落和腐蝕磨損向深層剝落和嚴(yán)重腐蝕磨損轉(zhuǎn)變；沖擊腐蝕磨損特性曲線變得陡峭，穩(wěn)定磨損期縮短；裂紋起源傾向于選擇表面腐蝕坑底部應(yīng)力集中區(qū)。 （3）中碳低合金鋼在沖擊腐蝕磨損條件下，沖擊功增加，失效機(jī)制由以淺層剝落為主向以深層剝落為主轉(zhuǎn)變。其剝落裂紋均起源于表面，在亞表層

5、中擴(kuò)展。裂紋擴(kuò)展角度隨沖擊功的增加而加大，腐蝕劑會(huì)加速裂紋的形成與擴(kuò)展。 （4）在強(qiáng)沖擊弱腐蝕的沖擊腐蝕磨損條件下，CrNiMo低碳高合金鋼的耐沖擊腐蝕磨損性能明顯優(yōu)于高錳鋼和中碳合金鋼；隨沖擊功增加，CrNiMo系馬氏體鋼沖擊腐蝕磨損加劇，材料由淺層剝落向深層剝落發(fā)展。在弱沖擊強(qiáng)腐蝕的沖擊腐蝕磨損條件下，隨沖擊功的增加，CrNiMo低碳高合金鋼失重加劇，沖擊腐蝕磨損機(jī)制由輕微的顯微切削向加工硬化層的淺層疲勞剝落和輕微的腐蝕磨損

6、轉(zhuǎn)變。 對(duì)CrNiMo低碳高合金鋼而言，碳含量為0.21％的低碳高合金鋼磨損質(zhì)量損失最少，其沖擊腐蝕磨損機(jī)制主要是疲勞剝層。 （5）強(qiáng)沖擊弱腐蝕條件下，與CrNiMo低碳高合金鋼相比，相同碳量、同為板條馬氏體組織的CrMnMo低碳高合金鋼具有略優(yōu)的沖擊腐蝕磨損性能。其沖擊腐蝕磨損機(jī)制以疲勞剝層為主，兼有切削、多次塑變和輕微的腐蝕磨損。強(qiáng)腐蝕弱沖擊條件下，CrMnMo低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損機(jī)制隨沖擊功的增加由顯微切削機(jī)