工程機(jī)械用NM500耐磨鋼的耐磨性能

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摘要：以工程機(jī)械用nm500耐磨鋼為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行不同沖砂角度和沖擊壓力的沖蝕磨損試驗(yàn)，研究了NM500耐磨鋼的沖蝕磨損方式和機(jī)制。結(jié)果表明：在不同沖砂角度和沖擊壓力的沖蝕磨損過程中，NM500鋼整體沖蝕磨損性能表現(xiàn)為低沖擊壓力下磨損性能優(yōu)于高沖擊壓力，大沖砂角度下磨損性能優(yōu)于小沖角。NM500鋼大沖角條件下沖蝕磨損方式主要是沖擊坑，磨損機(jī)制主要是擠壓塑性變形。小沖砂角度條件下NM500鋼磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機(jī)制主要是切削磨損和變形磨損。

關(guān)鍵詞：NM500鋼；耐磨性；塑性變形

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因?yàn)槟p而消耗的金屬耐磨材料超過300t，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400億元。NM500作為一種低合金高強(qiáng)度耐磨鋼材料，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、韌性和可焊性良好等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)耐磨強(qiáng)度要求較高的工程機(jī)械上被廣泛應(yīng)用，如裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、旋挖機(jī)等工程機(jī)械的斗底板、鏟跺、側(cè)刃板、襯板、擋板均需使用厚度在20～60mm的NM500耐磨鋼板[1]。由于工程機(jī)械中使用的耐磨鋼所處工況復(fù)雜，而不同工況下耐磨材料的磨損方式和磨損機(jī)理又不盡相同[2-4]，所以研究不同工況下耐磨鋼的磨損機(jī)理來(lái)指導(dǎo)各力學(xué)性能的匹配極具現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)文獻(xiàn)[4-6]，當(dāng)前對(duì)耐磨鋼滑動(dòng)磨損形式下的磨損性能研究較多，但對(duì)沖蝕磨損工況下耐磨鋼磨損性能和磨損機(jī)理的研究還鮮有報(bào)道。鑒于此，本研究以NM500耐磨鋼為研究對(duì)象，選擇不同沖砂角度和沖擊壓力，進(jìn)行NM500耐磨鋼的沖蝕磨損試驗(yàn)，探討了NM500耐磨鋼在不同條件下的沖蝕磨損方式和磨損機(jī)制，為生產(chǎn)性能穩(wěn)定的NM500耐磨鋼材料提供借鑒。

1試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)

采用厚度為6mm的NM500鋼板，其抗拉強(qiáng)度為1750MPa，伸長(zhǎng)率為10.8%，布氏硬度為503.2HBW。沖蝕磨損試驗(yàn)采用GP-1干式噴砂機(jī)進(jìn)行，通過線切割截取60mm×50mm×6mm的矩形試樣，采用砂紙打磨去除表面氧化層后拋光，再用酒精沖洗表面吹干。通過精度為0.1mg的TG328電子天平稱重[6]，稱重三次取均值記錄，作為磨損前試樣質(zhì)量。采用粒度60目的棕剛玉為沖蝕磨損試驗(yàn)?zāi)チ希瑖娚白鞙?zhǔn)8mm，分別對(duì)試樣進(jìn)行沖蝕距離120mm、30°沖砂角度和沖蝕距離150mm、90°沖砂角度的沖蝕磨損試驗(yàn)，沖擊壓力分別選擇0.2、0.6MPa，沖蝕磨損時(shí)間選擇2、4、6min。沖蝕后試樣采用酒精沖洗并吹干，稱重三次取均值記錄，作為磨損后試樣的質(zhì)量。采用Nova400Nano掃描電鏡分析微觀組織結(jié)構(gòu)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1沖蝕磨損結(jié)果分析

大沖角（90°）條件下NM500耐磨鋼的磨損量在低沖擊壓力下（0.2MPa），NM500耐磨鋼磨損量隨著時(shí)間變化基本呈線性變化，磨損失重率較低，說(shuō)明大沖角、低沖擊壓力條件下，NM500鋼耐磨性較好且較穩(wěn)定。從圖1（b）可見，在高沖擊壓力下（0.6MPa），NM500耐磨鋼磨損量隨著時(shí)間變化呈線性變化，說(shuō)明耐磨性穩(wěn)定，但磨損失重率較大，說(shuō)明大沖角、高沖擊壓力條件下，NM500鋼表現(xiàn)出較差的耐沖砂磨損性。小沖角（30°）條件下NM500耐磨鋼磨損量?？梢?，在30°沖角下NM500耐磨鋼磨損量隨著時(shí)間變化呈線性變化，失重率較大；高、低沖擊壓力下失重率均高于90°沖角下的結(jié)果。在小沖角（30°）、高沖擊壓力（0.6MPa）的條件下，NM500耐磨鋼耐沖砂磨損性最差。

2.2磨損表面觀察

90°沖角下NM500鋼磨損表面形貌?？梢?，在低沖擊壓力下，NM500鋼磨損表面出現(xiàn)較多的沖擊凹坑，并有少量的較淺犁溝[7]。這主要是當(dāng)較低的沖擊壓力磨料粒子垂直沖擊NM500表面時(shí)，NM500鋼表面發(fā)生塑性形變，使得被沖擊區(qū)域向周圍塑性流動(dòng)，形成沖擊凹坑，導(dǎo)致變形磨損失重。同時(shí)少部分磨料粒子沖刷NM500鋼表面時(shí)，發(fā)生反射，重新與NM500鋼表面發(fā)生刮擦，導(dǎo)致了較淺犁溝的出現(xiàn)。在高沖擊壓力下，磨料粒子沖刷NM500鋼表面時(shí)，由于NM500鋼具有較好的沖擊韌性，被沖擊區(qū)域吸收了磨料粒子的沖擊能量，形成了變形區(qū)。綜合分析知，NM500耐磨鋼90°大沖角下的沖蝕磨損方式主要是沖擊坑，磨損機(jī)制主要是擠壓塑性變形。經(jīng)小沖角、低沖擊壓力的沖蝕磨損后，磨損表面出現(xiàn)較多的犁削坑，塑性變形周圍隆起擠出唇。沖擊壓力增大后，磨損表面犁削區(qū)變大，塑性變形變大，擠出唇增大變多。出現(xiàn)如此形貌主要是由于NM500鋼具有較高的硬度和較好的塑性，在30°小沖角沖擊的過程中，材料表面未能直接被切削掉，而是發(fā)生塑性流動(dòng)，形成了隆起的擠出唇，進(jìn)一步受到磨料粒子的沖刷，擠出唇剝離表面，形成失重。沖擊壓力增大后，高能量的磨料粒子使得NM500鋼表面犁削變大，切削變深，有明顯的犁皺出現(xiàn)。由此可見，NM500耐磨鋼在30°小沖角下沖蝕磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機(jī)制主要是切削磨損和變形磨損。

3結(jié)論

（1）在不同沖擊角度和沖擊壓力的沖蝕磨損過程中，NM500鋼整體沖蝕磨損性能表現(xiàn)為低沖擊壓力下磨損性能優(yōu)于高沖擊壓力，大沖角下磨損性能優(yōu)于小沖角。在小沖角、高沖擊壓力的條件下，NM500耐磨鋼耐沖砂磨損性較差。（2）NM500鋼大沖角條件下沖蝕磨損方式主要是沖擊坑，磨損機(jī)制主要是擠壓塑性變形。小沖角條件下磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機(jī)制主要是切削磨損和變形磨損。

參考文獻(xiàn):

[1]鄧想濤，王昭東，王國(guó)棟．工藝參數(shù)對(duì)NM500耐磨鋼力學(xué)性能和三體沖擊磨損性能的影響[J]．材料熱處理學(xué)報(bào)，2012，33(9)：65-69．

[2]胡日榮，蔡慶伍，武會(huì)賓，等．熱處理工藝對(duì)NM500耐磨鋼組織和力學(xué)性能的影響[J]．北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(8)：1015-1020．

[3]宋曄，劉環(huán)．熱處理對(duì)ZG29Cr2Si2MnMoRE鋼力學(xué)性能及耐磨性的影響[J]．熱加工工藝，2016，45(2)：220-221．

[4]張懿，唐建新．硅含量和熱處理工藝對(duì)低合金耐磨鋼力學(xué)性能的影響[J]．熱加工工藝，2011，40(12)：160-162．

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[6]劉曉東，馮勇，侯東華，等．低溫控軋和在線淬火工藝對(duì)NM500調(diào)質(zhì)鋼組織和韌性的影響[J]．熱加工工藝，2016，45(10)：236-239．

[7]路澤永．基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的耐磨鋼熱處理工藝優(yōu)化[J]．熱加工工藝，2016，45，(22)：168-171.

作者:王基月 單位:鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院