ZG30CrMn2Si2Mo作為斗齒材料的探究

摘 要：通過斗齒材料的用途，了解斗齒材料在工作過程中會受到嚴重的沖擊力造成一定程度的磨損。而國內的斗齒材料多是用高錳鋼做的，但是耐磨性差，因此研究ZG30CrMn2Si2Mo作為斗齒材料，使斗齒材料具有更好的硬度和耐磨性。

關鍵詞：斗齒；馬氏體；淬火；耐磨性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.047

1 斗齒材料的用途

我國現在斗齒材料多用的都是高錳鋼，比如：ZGMn13作為斗齒材料，這種鋼在經過處理后會形成單相奧氏體組織，這種組織在強烈沖擊、切割擠壓載荷的作用下，具有加工硬化的特點，如果它的沖擊能力越大，那么硬化效果則會越好。但是如果硬化效果不是很明顯，將會導致，斗齒材料表面硬度較差。經過研究發(fā)現，高錳鋼在經過高沖擊應力以后，也并非最優(yōu)秀的耐磨材料，因為在沖擊作用下，高錳鋼的加工硬化鋒不是在最表層，而是在整個材料的亞表層，這的組織是脆化萌生裂紋的開始，會導致斗齒材料磨損表面的剝落。所以，高錳鋼并不適合于既受沖擊力又受摩擦力的采掘工況，它僅僅適合于受到強烈沖擊力的采掘工況。

為了更好地找到另一種材料代替高錳鋼作為斗齒材料，我們把目標鎖定在低碳馬氏體多元合金鋼，研究這種鋼是否更適合制作斗齒材料，有沒有足夠的耐磨性。通過熱處理工藝使低碳馬氏體多元合金鋼，具有更好地耐磨性、強度、沖擊韌性、焊接性和抗應力腐蝕開裂等特性，克服高錳鋼斗齒所帶來的缺點，從而減少工程經濟開支，提高生產率。

2 對ZG30CrMn2Si2Mo作熱處理工藝設計及其試驗安排

確定了以ZG30CrMn2Si2Mo作為研究對象，化學成分含量如下所示表1：

ZG30CrMn2Si2Mo處理成板條狀馬氏體，以板條狀馬氏體為基體使材料有更強的耐磨性，使碳化物與基體組織形成共格關系。確定了對ZG30CrMn2Si2Mo的工藝，那么組織中碳化物的大小也就確定了，接下來我們要研究熱處理會對ZG30CrMn2Si2Mo材料的強度、硬度、耐磨性的影響。

首先，把ZG30CrMn2Si2Mo用高速走絲切割機截取成10mm*10mm*15mm的試樣。本次試驗選擇用箱式爐將淬火溫度選取為940℃、960℃，選擇水淬的淬火方式。淬火到達溫度后，試樣在爐內保溫20分鐘，隨后拿出迅速用水進行冷卻。

試樣在沒有經過熱處理工藝時，材料按化學成分澆注成鑄件，其鑄態(tài)組織如圖1所示：

從圖a我們可以可以看到白色的組織物是鐵素體，黑色的組織物為是珠光體，此時測試的硬度可以達到洛氏硬度HRC30，組織為長條狀鑄態(tài)組織，可以看出組織晶粒為50μm左右，此時的鑄態(tài)組織晶粒比較粗大，試樣上一塊塊地小黑點與氧化物夾雜相似，可以得出這個組織應該是氧化物夾雜。

經研究表明，影響鋼材性能的主要因素是夾雜物成分、尺寸、形狀、數量還有它們在基體中的分布情況。夾雜物的尺寸小于10μm，而且分布間距很大時，則不會對鋼材的宏觀質量造成影響。

3 淬火后的組織

鑄件在940℃、960℃淬火，用金相顯微鏡觀察與分析，圖2至圖3是試樣淬火處理后的金相組織圖片。

從圖2至圖3淬火后金相組織可以看出，實驗之后得到的是板條狀馬氏體組織。在900℃淬火，ZG30CrMn2Si2Mo鋼的硬度要低于其它淬火溫度下的強度，如果淬火溫度低，那么ZG30CrMn2Si2Mo的強度也會變低。ZG30CrMn2Si2M屬于低合金鋼，所以在鋼中，合金元素會對奧氏體組織的長大，馬氏體組織的生成、轉變有一定的影響。淬火溫度在920℃～960℃時，ZG30CrMn2Si2M的強度較高且基本保持不變。從圖中可以看出960℃時得到均勻細小的板條狀馬氏體組織，而且強度也比較高。

鋼在淬火后的會殘留一定的奧氏體組織，主要決定了奧氏體組織的化學成分。如果奧氏體組織中的碳含量越大，那么在淬火后殘留奧氏體的數量也會越多。當奧氏體組織中的碳含量少時，殘留奧氏體量也會很少。當少量的殘留奧氏體與馬氏體共存時，對鋼的性能有一定的影響，會降低工件的淬火硬度、耐磨性及疲勞強度。

4 結論

將ZG30CrMn2Si2Mo，在940℃、960℃分別保溫20min水淬，得到的組織為板條狀馬氏體組織，通過實驗最終確定適合此鋼的淬火溫度為960℃。ZG30CrMn2Si2Mo隨溫度的升高，得到的組織逐漸細化，在960℃時，達到最細，組織均勻，為均勻的板條狀馬氏體組織。所以，ZG30CrMn2Si2Mo可以更好的作為斗齒材料應用在采掘工程中。