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材料冲蚀磨损与冲蚀角度的关系

2012-12-31 16:55:27      点击:
材料冲蚀磨损与冲蚀角度的关系
材料因素对冲蚀磨损的影响与冲角和磨粒的类型、尺寸、形状、速度等因素有关。
(1)材料宏观硬度的影响 肝冲角时金属材料的宏观硬度与 冲蚀磨损之间的关系,如图2-46 所示。小角度冲蚀时,磨损机制以 微切削和犁沟为主,显然材料的硬 度(或流变应力〉愈高,抗冲蚀磨 损性能愈好。但是经不同热处理的 1045钢和工具钢,热处理后硬度 最高可增加3倍,然而它们的耐磨 性却没有明显的变化(见图2-47〉。 当冲角为90°时,随着材料硬度的 增加,耐冲蚀磨损性降低。
⑵加工硬化的影响材料加 工硬化后的硬度更能反映材料性能 与冲蚀磨损之间的关系。陈学群、 曲敬信等人的试验发现,在冲角α为 20°时,ZGMn13、ZGMn 6Mo1 、ZG2Mn10Ti等奥氏体钢比原始硬度 相同的碳钢和合金钢的相对磨损量 小,即耐磨性高。测量试样磨损后 次表层的显微硬度发现,具有奥氏 体组织的高锰钢硬度提高约 150HV,而具有铁素体、珠光体、 马氏体组织的碳钢和合金钢,次表 层的硬度最多提高25 HV。材料冲蚀磨损后的硬度与相对失重之间更接近于直线关系。因此,加工硬化能提高材料 低角度冲蚀磨损的耐磨性。
相反,在冲角α为90°时,ZGMn13、ZGMn 6Mo1 、ZG2Mn10Ti钢等比原始硬度 相同的碳钢和合金钢的相对磨损量大。对磨损后试样次表层的显微硬度测试发 现,高锰钢的硬度约提高364 HV,而碳钢和合金钢最多提高29 HV而且冲蚀磨 损后的材料硬度与相对失重之间更接近直线关系。显然加工硬化降低材料大角度 冲蚀磨损的耐磨性。
(3)材料组织的影响陈学群、曲敬信〔26〗等人的研究发现,在低冲角(如 20°〉时,相同成分碳钢的马氏体组织比回火索氏体更耐冲蚀磨损。当组织相同 时,含碳量高的比含碳量低的耐磨性高,例如,中碳马氏体比低碳马氏体更耐磨。比较T10、GCr15、Cr12MoV钢和高铬白口铸铁淬火组织的试验结果,发现它| 们的宏观硬度相差不大,但相对失重却有很大差别,显然这与碳化物的类型、数 量、大小和分布有很大的关系。其原因在于小角度冲蚀磨损机制主要是微切削和 犁沟。硬的基体更能抵抗磨粒的刺入,所以马氏体比珠光体更耐磨,高碳马氏体 比低碳马氏体更耐磨。在马氏体基体上有大量碳化物存在时,耐磨性会明显提 高。特别是Cr12MoV钢和高铬白口铸铁,碳化物不仅数量多,而且是比M3C型 碳化物硬度更髙的M7C3型碳化物,相对石英砂来说是硬材料,能使石英砂磨粒 棱角变钝。如果碳化物的尺寸比较大,例如,高铬白口铸铁中的碳化物尺寸有时 与磨粒的尺寸相当,能直接抵抗磨粒的刺入,此时耐磨性更高。如果碳化物的数 量少,尺寸小,则很容易被磨粒挖出,所以耐磨性较差。对于在软基体上分布着 碳化物的情况,例如,时效硬化的高锰钢,由于基体硬度低,容易产生选择性磨 损,使碳化物质点暴露出来而被挖掉,所以这类组织的耐磨性提高不大。
大角度(如冲角α为90°)冲蚀磨损的情况则相反,硬度高的组织比硬度低 的磨损加剧。例如,淬火马氏体比回火索氏体相对失重大,中碳马氏体比低碳马 氏体相对失重大,容易产生加工硬化的组织(如奥氏体组织的高锰钢)比原始硬 度相同的其他组织(如回火索氏体等)相对失重大,含有大量碳化物的高铬白口 铸铁的相对失重更大。这些现象与大角度冲蚀磨损的机制有关。韧性高的组织 (如奥氏体、回火索氏体、低碳马氏体等〉受磨料的垂直冲击时,材料表面产生 剧烈的塑性变形,形成凿坑,塑性挤出,经过多次反复塑性变形而导致断裂和剥 落。奥氏体高锰钢由于表层易于产生加工硬化和形变诱发相变产生脆性大的马氏 体,因而在同样条件下,更容易断裂和剥落。脆性组织(如高碳马氏体、碳化物 等)受磨粒垂直冲击时,往往一次(或几次)冲击就会产生断裂和脆性剥落, 因而碳化物的存在是个不利的因素,碳化物的数量愈多、尺寸愈大,磨损愈严重。
应该指出的是,工程材料往往不是非常典型的延性材料或脆性材料,因而它 们的磨损机制和磨损规律也有所不同。例如,高锰钢经水韧处理后是奥氏体组 织,似乎应属于延性材料,但由于它易于产生加工硬化和形变诱发相变产生脆性大的马氏体,所以磨损最大时的冲角在40°左右。