隨著科學技術和現代工業的高速發展,機械設備的運轉速度越來越高,受摩擦的零件被磨損的速度也越來越快,因磨損所造成的能源和材料消耗是十分驚人的,所以更加可靠耐磨的鋼需求量越來越大。鋼的組織、晶粒度、第二相數量和大小都對鋼的耐磨性產生影響。V、Ti作為常見的微合金元素,被廣泛使用來提高鋼的性能,為此,本次試驗著重研究V、Ti對NM400鋼耐磨性能的影響。
試驗預計在NM400鋼中添加0.1~0.3%的微合金化元素V和Ti。試驗NM400鋼采用工業純鐵、純Cr、Ni、C、多晶Si和Mo-Fe(Mo含量55%)、V-Fe(V含量80.44%)、Mn-Fe(Mn含量70.2%)、B-Fe(B含量19%)、Ti-Fe(Ti含量29.96%)配制,工業純鐵提前打磨除銹。用7kg真空感應爐熔煉,將各種原料加入到感應爐內。將感應爐抽真空到0.1Pa,之后充氬氣到0.06MPa,開始通電冶煉,熔清后,低功率保溫攪拌5min,以均勻成分,最終帶電澆鑄為Φ70mm的鋼錠。采用直讀光譜儀對試驗鋼的成分進行分析,所冶煉鋼成分分析結果見表1。
鋼錠經過3道次,平均每道次壓下量19.3mm,熱軋成厚度為12mm的鋼板。初軋溫度為1200℃,終軋溫度為900℃。鋼板在800℃下退火12h,線切割為一定尺寸后進行淬火加低溫回火熱處理。熱處理制度具體為:淬火溫度930℃,保溫時間36min,回火溫度230℃,保溫時間90min。
熱處理后將試樣制成Φ10mm×15mm的圓柱,兩端打磨拋光,在NM-W1型立式萬能磨損試驗機上進行磨損試驗,磨損試驗主要參數為:轉速100r/min,載荷100N,每次旋轉時間為3min,砂紙選用240目砂紙。每個試樣進行5次磨損試驗。
結果表明:V、Ti的加入,不僅析出了V、Ti的碳化物,也促進了Si的氧化物析出,尺寸較大的第二相主要為Si的氧化物,V、Ti的碳化物較為細小;耐磨試驗表明V、Ti加入量分別為0.1%、0.2%和0.3%時,單位面積的磨損率分別為:0.0115、0.0082、0.0106g/cm2;V、Ti加入量均為0.1%時,磨損試驗后試樣表面犁溝較多,出現一些較深的犁溝,加入量均為0.2%時,犁溝較少且較淺;加入量均為0.3%時犁溝既深又多,部分區域已經出現基體脫落現象。綜合分析以V、Ti加入量為0.2%時試驗鋼的耐磨性最佳。