淺析決定材料耐磨性的因素

　　隨著耐磨堆焊材料在水泥工業(yè)的大力推廣應用，如何指導用戶根據(jù)自身部件的特點進行選材和使用顯得尤為迫切。筆者根據(jù)多年的研究及實踐經(jīng)驗，將使用中需要關注的注意事項及選材的影響因素進行分析探討，希望對用戶使用有一定的指導意義。

　　一、需要關注的因素
　　1.母材的性質(zhì)及狀態(tài)
　　部件母材選用什么材質(zhì)，進行什么樣的熱處理，對使用效果影響非常大。比如錘頭，同樣是高錳鋼材質(zhì)，為什么在同一工況下有的耐磨性好，有的耐磨性不好呢？究其原因，其一是材質(zhì)的成分是否符合標準要求，其二是水韌處理是否到位。這將直接影響最后的使用壽命，耐磨堆焊只能改善其使用性能，不能改變母材本身的特性。

　　2.使用工況的介質(zhì)
　　部件工作工況介質(zhì)的狀態(tài)也直接影響使用效果。
　　部件過流物和氛圍主要分為三種狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。
　　固態(tài)主要考慮的是沖擊磨損、磨粒磨損、刮擦以及溫度影響等；液態(tài)、氣態(tài)除上面所需考慮的因素外，液態(tài)還需要關注沖刷磨損、腐蝕性以及密封性等，氣態(tài)還需要關注氣體壓力、汽蝕性等。

　　3.磨損物料的類型
　　磨損物料主要有5種類型：金屬類、礦物類、橡膠類、流體類、混合類。不同類型對部件的磨損程度及磨損機理是有所區(qū)別的。

　　4.部件的工況
　　部件的工況決定其磨損形式主要分為：滑動磨損、磨粒磨損、沖擊磨損、擠壓磨損等，需要根據(jù)現(xiàn)場情況準確判斷其工作狀態(tài)。

　　5.部件承受載荷大小
　　根據(jù)部件的使用情況，其受力狀態(tài)可分為：低應力、中等應力、恒定應力、可變應力、高應力。應力的狀態(tài)直接影響部件的使用壽命。

　　在實際應用過程中，去關注這些因素的變化軌跡并不難，但卻容易被忽略。同時需要特別注意的是，每個因素可能有不同的表現(xiàn)形式，并且環(huán)境溫度的變化會疊加在這些因素的變化中。另外，物料的異性也需要注意，如各種礦石類，無論在成分還是在硬度方面都有很大的不均勻性。因此，準確地去把握這些因素并不容易。我們希望能通過多年積累的實踐經(jīng)驗為客戶提供這方面的指導。

　　二、決定材料耐磨性的因素
　　我們這里討論的主要是采用堆焊方式提高部件耐磨性的問題，涉及的主要是金屬材料。因此，了解是哪些性能影響金屬及堆焊層耐磨性顯得很重要。

　　性能主要包括：硬度（宏觀和顯微、常溫和高溫），合金成分及微觀組織，耐磨性比對試驗。

　　用戶可以初步了解一些金屬及熔敷金屬的特性，以方便判斷其性能及應用場合。
　　1.硬度
　　宏觀硬度是最直觀反映金屬耐磨性的一個因素，用戶往往會直觀地通過比較硬度值的高低來判斷金屬耐磨性的優(yōu)劣，這樣其實是不科學的。

　　我們知道，常用的45號鋼通過熱處理表面可以達到較高的硬度，但和常規(guī)的低合金耐磨材料的耐磨性是沒辦法相比的，同樣硬度下，低合金和高合金的材料耐磨性相差很大。

　　一般來講，同樣的合金成分下，硬度越高耐磨性越好。比如，曾經(jīng)對國外進口低合金錘頭進行剖析，錘體是整體鍛打的，不同的部位取樣分析，化學成分是一致的，可以判定不是復合錘頭。沿錘體的母線打磨進行腐蝕，呈現(xiàn)不同的腐蝕度，可以初步判定硬度是不一樣的，實際測量，從錘孔到錘面，硬度呈明顯的遞增梯度變化，HRC30~60之間，錘孔部位硬度低，韌性好，抗沖擊性好，錘面部位硬度高，耐磨性好，抵抗物料的刮擦性較好，通過特殊的熱處理可以在同一化學成分下獲得不同的性能。

　　那么，對于不同的合金成分，其顯微硬度顯得較為重要，但這需要比較專業(yè)的設備，以及需要和微觀組織一起討論。

　　用于高溫場合的合金是需要特別設計的，用于常溫和用于高溫場合的不同合金成分，如果常溫硬度值相近，高溫硬度測試值會有很大差別，常溫合金硬度值會急劇下降，但高溫合金硬度的下降幅度不大。硬度隨溫度的下降幅度直接決定材料的工作溫度。

　　2.化學成分和微觀組織
　　金屬的化學成分和顯微組織是決定材料性能的主要因素。堆焊材料一般是在焊態(tài)下使用，其化學成分和焊接工藝直接決定了其顯微組織結構。

　　我們知道，常用的高鉻合金鑄鐵材料是性價比較高的合金材料，不同的合金形成的初生碳化物類型是不一樣的，不同的碳化物其分布形態(tài)、顯微硬度差別較大，見下表所示。

　　對于復雜碳化物，其顯微硬度可達3200HV以上，而采用宏觀洛氏硬度測試，高鉻鑄鐵的硬度一般在HRC60左右，與HV換算大約只有700，與實際測試值差距很大，這從另一個側面說明宏觀硬度與耐磨性沒有必然聯(lián)系。

　　合金的組配決定了合金的顯微組織，合金的顯微組織決定了顯微硬度，組織的顯微硬度決定了材料的耐磨性。

　　3.各種耐磨試驗比對
　　根據(jù)現(xiàn)場應用工況，將之歸結在用三種耐磨試驗機進行比對試驗，在實驗室進行耐磨材料的篩選試驗，為實際應用作指導，為科研部門使用，進行磨料磨損機理的研究。

　　MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗機
　　MLS-225型濕式橡膠輪磨損試驗機是濕砂半自由磨料磨損試驗機。它的工作原理是利用轉動的橡膠輪帶動與水混合的礦砂、砂石、泥沙等磨料對各種金屬或非金屬材料產(chǎn)生磨損，從而對材料進行耐磨性試驗。

　　由于橡膠輪的轉速和對試樣施加的正壓力等參數(shù)可以改變，故本機能很好地模擬許多工況，這種試驗機適于相對致密的堆焊層耐磨性對比，如果堆焊層表面缺陷多，由于介質(zhì)中有水砂，容易積在缺陷處，造成失重測試不準確，引起實驗誤差。

　　ML-100型磨料磨損試驗機
　　該試驗機系干式固定磨粒磨損試驗機。主要用于金屬與砂石、礦石、泥沙等固體發(fā)生摩擦情況下，金屬材料的耐磨性能試驗。這比較適合低應力磨粒磨損研究。

　　MLD-10型動載磨料磨損試驗機
　　該試驗機是具有多功能可模擬多種工況條件的試驗機，可用于金屬材料和各種干、濕磨料在有沖擊載荷或無沖擊載荷、接觸或無接觸、滑動或滾動摩擦情況下，金屬材料的耐磨性能試驗，通過實驗可以定量測量，金屬材料在不同載荷、不同相互作用情況下所造成的磨損，以及進行磨損機理的實驗研究。

　　從上可以看出，三種試驗機基本涵蓋了常用的磨損形式，可以根據(jù)實驗研究，為實際選材提供依據(jù)。

　　影響材料耐磨性的因素很多，也比較復雜，要求用戶全面掌握是不現(xiàn)實的，我們根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，建議用戶在使用耐磨堆焊材料之前，可以與材料廠商進行溝通，確定部件的母材、熱處理狀況、受力情況、工作穩(wěn)定及破壞形式，希望達到的效果，這些信息也可以由材料廠商到現(xiàn)場協(xié)助采集，由材料廠商根據(jù)實際情況幫助選材，并制定合理的焊接工藝，這樣就可以做到有的放矢、有針對性地去幫助客戶有效地解決實際問題。