1、材料熱處理技術年月定向分布的高鉻鑄鐵棒增強高錳鋼基復合材料付永紅，牛立斌匕許云華，周志斌（西安建筑科技大學機電學院耐磨材料研究所，陜西西安；西安科技大學材料科學與工程學院，陜西西安、摘要：將直徑為的高鉻合金粉芯焊絲插入到高錳鋼熔體中，制備出了定向分布的高鉻鑄鐵棒增強高錳鋼基復合材料。并利用光學顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計以及體磨粒磨損試驗對淬火態(tài)的該復合材料進行分析和表征。結果表明，淬火后的復合材料由定向分布的高鉻鑄鐵棒增強體和奧氏體高錳鋼基體組成，增強體由奧氏體枝晶，以及殘余奧氏體與，碳化物的共晶體組成；增強體的硬度在，為高錳鋼基體硬度的倍；將鑄態(tài)的復合材料與高錳鋼試樣相比，淬火態(tài)的復合材料

2、表現(xiàn)出較好的耐磨性。關鍵詞：藥芯焊絲；高鉻鑄鐵；高錳鋼；磨損中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（），（，拓，酊，；鏟，瑙姊，）：，【，：；曲；在冶金、礦山、電力等行業(yè)中使用的工件，常處于周期性、高沖擊載荷以及腐蝕的環(huán)境，因此對制備工件材料的選用，不但要有高的硬度和耐磨性，而且要有一定的韌性【。高鉻鑄鐵在工業(yè)上的應用較為廣泛由奧氏體枝晶以及較高體積分數(shù)的高硬度碳化物組成，具有較高的耐磨性和較好的抗腐蝕性。但由傳統(tǒng)的鑄造技術制備得到的組織中碳化物呈粗大板條狀分布，晶粒比較粗大，導致抗沖擊、抗疲勞能力的降低。為提高高鉻鑄鐵的綜合力學性能，可細化高鉻鑄鐵的組組【矧。控制共晶碳化物的大小，但收稿日期：基

3、金項目：陜西省年“”科技創(chuàng)新工程重大科技產(chǎn)業(yè)化計劃項目（刁）作者簡介：付永紅（一），男，陜西西安人，程師，主要研究方向：金屬基耐磨、防腐蝕復合材料的研究；電話：；：對高鉻鑄鐵韌性的改善不大。高錳鋼作為一種耐磨材料。在大的沖擊載荷或接觸應力作用下。表面迅速產(chǎn)生加工硬化，內(nèi)層奧氏體仍保持良好的韌性。但在中小沖擊載荷下，其表層不能產(chǎn)生足夠的加工硬化。耐磨性較差。不如高鉻鑄鐵和低合金耐磨鋼從而使高錳鋼的使用受到了一定的限制。為了提高高錳鋼在中小載荷下的耐磨性以及使用初期的耐磨性人們采用了各種預硬化方法來提高高錳鋼的耐磨性。這些方法在一定程度上可提高高錳鋼的耐磨性，但效果都并不是很理想。因此如何制備出既

4、有較高硬度，又具有較好韌性的新型復合材料是材料界面臨的一個問題。本文提出了一種新的復合工藝，通過將高鉻合金粉芯焊絲插入到高錳鋼熔體中，在熔體熱量的作用下，高鉻合金粉芯焊絲熔化，凝固后得到定向分布的高鉻鑄鐵棒增強高錳鋼基復合材料，并對該復合，下半月出版，材料熱處理技術材料的顯微組織和力學性能進行研究。實驗材料與方法選用高鉻合金粉（粒度為斗）、鋼帶（寬度為，厚度為）以及高錳鋼為原材料來制備復合材料，各自的化學成分見表，各材料表原材料的化學成分（質量分數(shù)，）（，）材料高鉻合金粉鋼帶高錳鋼的余量均為。復合材料的制備過程如下：首先在藥芯焊絲自動生產(chǎn)線上。用高鉻合金粉和薄鋼帶制備出西的高鉻合金粉芯焊絲，如

5、圖（）；將粉芯焊絲機械加工成蛇形狀，如圖（）所示，將藥芯焊絲插入到一定規(guī)格的鐵絲網(wǎng)中，其目的是利用網(wǎng)孔的均勻性，確保在復合材料的制備過程中，增強體在基體中均勻分布；將多排的蛇形藥芯焊絲平行的插入鐵絲網(wǎng)的網(wǎng)孔中得到預制體，見圖（），預制體在干燥，除掉合金粉中的水分；鑄模采用石英砂和水玻璃粘結劑制作鑄模的尺寸比預制體的尺寸略大些并在下烘干備用；預制體、鑄模的相對位置。見圖（。 圖復合材料的制備工藝示意圖將高錳鋼熔體在電弧爐內(nèi)進行熔煉經(jīng)脫氧和除渣后，在熔煉溫度達到（±）時澆注到鑄型內(nèi)，隨后立即將預制體借助頂部的鋼板壓人到鑄型內(nèi)（鋼板不得插入熔體內(nèi)），冷卻至室溫后，從鑄模內(nèi)取出得到鑄態(tài)的復合

6、試樣。將鑄態(tài)的試樣在的電阻爐內(nèi)保溫后淬火。得到淬火態(tài)的復合材料。通過光學顯微鏡、掃描電鏡、（型）、顯微硬度計（）對淬火態(tài)復合材料的顯微組織和硬度進行分析：在自制的三體磨損試驗機上迸行磨損試驗，磨損試樣的形狀如圖所示。在不同的載荷下進行的磨損測卜（）圖三體磨損的試樣尺寸（）以及三體磨損試驗示意圖（）（）試，對磨面采用工具鋼（硬度為），在工具鋼的表面覆蓋的石英砂（粒度大約為斗）作為磨粒如圖（）所示。對鑄態(tài)、淬火態(tài)的復合材料以及高錳鋼三種材質進行磨損性能比較。在精度為的電子天平上稱量磨損前后的試樣質量，并計算其磨損率。實驗結果與討論顯微組織分析圖為淬火態(tài)復合材料橫向（）和縱向（）的宏觀照片。可看出，

7、橫向形貌中，增強體相對均勻的分布在基體中，增強體間的中心距為；縱向形貌中，高鉻鑄鐵棒在基體中沿著同一方向分布（本文將其命名為定向排列）。事實上，這種新開發(fā)的復合材料在使用時。定向排列的增強體垂直于磨損面。通過圖像分析得知。增強體所占復合材料的分數(shù)約為。圖為淬火態(tài)復合材料增強體的分析結果。可知，增強體的物相主要由奧氏體以及（。），碳化物組成。圖（）為淬火態(tài)復合材料的形貌。可看出復合材料由增強體、基體以及過渡區(qū)域三部分組成。增強體由初生奧氏體枝晶以及碳化物與殘余奧熱加工工藝年第卷第期材料熱處理技術年月 圖淬火態(tài)復合材料的宏觀形貌氏體的共晶體組成，見圖（），這種顯微組織確保了復合材料具有較高的硬度和

8、優(yōu)良的耐磨性。基體為奧氏體高錳鋼組織，在應力較大的工況下使用，表層易產(chǎn)生加工硬化，有助于復合材料耐磨性的提高。過渡區(qū)厚度在斗，線掃描結果表明，少量的和分別在增強體和基體區(qū)，增強體與基體間達到了很好的冶金結合良好的界面結合能較好的克服載荷的影響，使復合材料具有較好的整體性能。在基體中少量的對其起到固溶強化的作用。事實上，高鉻鑄鐵棒與高錳鋼基體間的過渡區(qū)是由熔化后的鋼帶凝固后形成的。在預制體插入到高錳鋼熔山土一一厶刪（。）圖淬火態(tài)復合材料增強體的結果體的瞬間高鉻合金粉芯焊絲在高錳鋼熔體熱量的作用下被快速熔化成區(qū)域性的亞共晶高鉻鑄鐵熔體。同時，高錳鋼熔體的溫度快速降低到以下，故亞共晶的高鉻鑄鐵熔體不

9、可能與高錳鋼基體均勻混合，在降溫過程中。亞共晶的高鉻鑄鐵熔體凝固為高鉻鑄鐵棒增強體。顯微硬度圖為淬火態(tài)復合材料從增強體的中心到基體經(jīng)過渡區(qū)域的顯微硬度分布。可看出，基體的顯微硬度約為而增強體的顯微硬度在，后者的硬度是前者的倍。 圖淬火態(tài)復合材料的電子掃描形貌增強體較高的硬度是由于形成了大量的（，），碳化物。三體磨損性能圖為三種試樣在不同載荷下的磨損率。可看出，隨著載荷的增加，三種復合材料的磨損率均增大，但在同樣的載荷下，淬火態(tài)的復合材料磨損率最低。當加載砝碼為埏時，鑄態(tài)的復合材料磨損率分別是淬火態(tài)復合材料以及高錳鋼試樣的和倍；當加載砝碼增加到蠔時，相應的數(shù)值分別為和倍。由此可知，不論加載砝碼的

10、多少，淬火態(tài)的復合材料均顯示出較好的耐磨損特性。距增強棒中心的距離圖淬火態(tài)復合材料的顯微硬度分布圖為加載砝碼分別為、時的磨損形貌。可看出，加載砝碼為時，在高錳鋼基體區(qū)域的劃痕較為明顯，而在增強體區(qū)域幾乎看不到劃痕。由于載荷較小，基體表面承受的應力較小難以形成加工硬化層，其硬度仍然很低，磨粒的硬度高于基體的硬度，故易于被磨粒切削。相反增強體的硬度高于磨粒的，足以克服磨粒對增強體的顯微切削故留下的劃痕不明顯。可見，在低載荷時，復合材料的質量損失主要是磨粒對高錳鋼基體的磨損造成的而抵抗磨粒磨損主要是依靠高鉻鑄鐵棒增強體。當加載砝碼達到時，在增強體區(qū)域和基體區(qū)域上的劃痕比較均勻，見圖（），說明在較高載

11、荷下磨，下半月出版材料熱處理技術 加載砝碼圖三種試樣在不同載荷下的磨損率比較圖不問加載卜淬火態(tài)復合材料的磨損彤貌粒對二者的切削程度較接近。根據(jù)文獻】介紹，當加載砝碼增加時高錳鋼表面受到的應力較大。易產(chǎn)生加工硬化。其硬化層硬度是加工硬化前的倍，其表層硬度與增強體的顯微硬度較接近，所以，出現(xiàn)了當磨粒經(jīng)過兩個區(qū)域時，留下的劃痕較接近。總之復合材料較好的耐磨性主要依靠基體和增強體的綜合作用。具有較高硬度的增強體能夠保護基體免受磨粒的切削磨損；高錳鋼基體在較大應力的情況下，表層易產(chǎn)生加工硬化，這提高了復合材料的抗磨損性；少量的在基體中溶解，對基體起到固溶強化。以上因素造成不論載荷大小，淬火態(tài)的復合材料均

12、顯示出較好的耐磨損性。結論（）插入高鉻合金粉芯焊絲到高錳鋼熔體中制備出了定向分布的高鉻鑄鐵棒增強高錳鋼基復合材料。（）該復合材料增強體由亞共晶的奧氏體枝晶、殘余奧氏體與碳化物的共晶體組成，增強體的平均顯微硬度為基體區(qū)域的倍；過渡區(qū)厚度為陸。在增強體和基體之間形成了較好的冶金結合。與鑄態(tài)的復合材料以及高錳鋼相比較，不論載荷如何變化淬火態(tài)的復合材料均表現(xiàn)出較好的抗磨損性。參考文獻：】，；，：川，（）：【】孫曉敏，楊華變質劑及熱處理對高鉻鑄鐵組織性能的影響【】熱加工工藝，（）：】劉玉高，馬幼平孕育處理對高鉻白口鑄鐵中碳化物形態(tài)的影響熱加工工藝，（）：】丁厚福崔方明杜曉東成分和組織對襯板鋼在腐蝕料漿環(huán)

13、境下的沖擊磨損性能與機理的影響啊摩擦學學報，（）：【】張貴杰，李海英，宋卓霞，等異步軋制條件下高錳鋼的顯微組織與加工硬化機制【】材料熱處理學報，（）：【】蔣業(yè)華。黎清寧，盧德宏，等復合沖擊磨損條件下高錳鋼的腐蝕磨損行為及其交互作用】西安交通大學學報，。（）：】周志斌，許云華，霍群英等噴丸處理誘導高錳鋼表層納米化叨熱加工工藝。，（）：田本刊網(wǎng)絡編輯平臺啟用為了方便作者投稿提高編審效率，加強編輯與作者的互動，自牟月日起，本刊網(wǎng)絡編輯平臺正式啟用。屆時本刊的作者投稿、專家審稿、編輯加工和相關溝通等事宜均在本刊網(wǎng)絡編輯平臺上進行。本刊以后不再接收投稿。作者欲投稿。請登錄本刊網(wǎng)站：上的網(wǎng)絡編輯平臺，點擊

14、主頁左側的“作者投稿查稿”按鈕、注冊、登錄然后按提示逐步操作。投稿時，在操作過程中請作者務必注意本刊的有關要求，正確選擇選項，如出現(xiàn)差錯。本刊將予以退稿，提請重新投稿。投稿之后，作者務必及時與編輯互動溝通，以便加快稿件處理效率。熱加工工藝編輯部熱加工工藝年第卷第期 定向分布的高鉻鑄鐵棒增強高錳鋼基復合材料作者：付永紅， 牛立斌， 許云華， 周志斌， FU Yonghong， NIU Libin， XU Yunhua， ZHOU Zhibin作者單位：付永紅,許云華,周志斌,FU Yonghong,XU Yunhua,ZHOU Zhibin(西安建筑科技大學,機電學院,耐磨材料研究所,陜西,西安

15、,710055， 牛立斌,NIU Libin(西安建筑科技大學,機電學院,耐磨材料研究所,陜西,西安,710055;西安科技大學,材料科學與工程學院,陜西,西安,710055刊名：熱加工工藝 英文刊名：HOT WORKING TECHNOLOGY年，卷(期：2010,39(16參考文獻(7條1. 周志斌;許云華;霍群英 噴丸處理誘導高錳鋼表層納米化期刊論文-熱加工工藝 2006(062. 蔣業(yè)華;黎清寧;盧德宏 復合沖擊磨損條件下高錳鋼的腐蝕磨損行為及其交互作用期刊論文-西安交通大學學報 2010(013. 張貴杰;李海英;宋卓霞 異步軋制條件下高錳鋼的顯微組織與加工硬化機制期刊論文-材料熱處理學報2009(054. 丁厚福;崔方明;杜曉東 成分和組織對襯板鋼在腐蝕料漿環(huán)境下的沖擊磨損性能與機理的影響期刊論文-摩擦學學報 2005(035. 劉玉高;馬幼平 孕育處理對高鉻白口鑄鐵中碳化物形態(tài)的影響期刊論