【摘 要】
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我国是世界耐磨损钢铁材料生产和应用大国,年消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金10000亿元以上,但存在磨损工况耐磨钢铁材料硬韧性匹配失当、耐磨性较低和消耗量巨大的行业共性关键技术难题.破碎、挖掘、研磨、泵送等机械装备的关键易损件耐磨寿命较低,严重制约我国这些机械装备的高效运行.该技术报告针对冶金、电力、建材、建筑、煤炭、机械等工业磨料磨损工况用关键耐磨材料科技攻关,进一步阐述耐磨材料高硬韧性理论,研
【机 构】
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暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院,广东广州 510632;暨南大学高性能金属耐磨材料技术国家地方联合工程研究中心,广东广州 510632
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我国是世界耐磨损钢铁材料生产和应用大国,年消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金10000亿元以上,但存在磨损工况耐磨钢铁材料硬韧性匹配失当、耐磨性较低和消耗量巨大的行业共性关键技术难题.破碎、挖掘、研磨、泵送等机械装备的关键易损件耐磨寿命较低,严重制约我国这些机械装备的高效运行.该技术报告针对冶金、电力、建材、建筑、煤炭、机械等工业磨料磨损工况用关键耐磨材料科技攻关,进一步阐述耐磨材料高硬韧性理论,研制和应用3类高硬韧性和高耐磨性新材料.(1)完善耐磨损钢铁材料高硬韧性理论.其内涵是同时提高耐磨损钢铁材料及其显微组织的硬度(磨损硬化能力和初始硬度)与韧性,即实现高硬度与高韧性的良好匹配,建立了耐磨损钢铁材料磨损硬化硬度高、韧性高和耐磨损性能优异的内在关联机制,将不同磨料磨损工况耐磨损钢铁材料耐磨性和服役效果用较简单的硬度与韧性指标予以表征,[耐磨性=A×(磨损硬化硬度HRC)+B×(韧性)+C×(初始硬度HRC),其中系数A＞B＞C].该理论用以指导磨料磨损工况的耐磨损钢铁材料(件)设计、研发、选材、应用和评价.(2)研制出用于严酷高温磨料磨损工况的外植入高硬韧陶瓷预制体增强(硬)铁基耐磨复合材料及其大压力头重力铸渗冶金复合制造技术.解决复合界面冶金结合、钢铁液铸渗厚度和多重"复合"设计难题,实现产品易磨损部位即局部区域高硬陶瓷与适当硬韧性钢铁冶金结合,层状复合材料耐磨层厚度可达15mm,同比耐磨性提高100％以上,柱状镶嵌耐磨复合材料大型锤式破碎机锤头使用寿命达到耐磨高锰钢的2～4倍.(3)研制出用于强烈冲刷腐蚀磨损工况的高硬韧内生碳化物增强(硬)过共晶高铬合金耐磨蚀材料及其定向结晶控制脆性制造技术.解决高体积分数碳化物的过共晶耐磨蚀材料硬脆、碳化物方向选择耐磨损设计难题,实现产品显微区域高硬碳化物与硬韧性钢铁基体匹配复合,研制的典型渣浆泵叶轮和护套使用寿命是先进耐磨高铬合金铸铁件(Cr26Mo)的1.3～2.0倍.(4)研制出用于冲击磨料磨损工况的高硬韧耐磨合金钢,创立系列高硬化率耐磨合金钢优化设计及应用评价技术.解决耐磨钢设计及应用不当、硬度与韧性匹配不佳和耐磨寿命较低难题,实现产品整体即宏观区域耐磨合金钢高硬韧性匹配.基于磨损工况冲击载荷跃升,优化设计及分别应用马氏体高中合金钢、低合金钢、奥氏体Mn13钢、Mn18钢、Mn21钢,耐磨寿命提高20％～200％.新技术产品已实现大批量生产和推广应用,耐磨件消耗大幅度下降,明显提升了我国铸造耐磨材料产业技术水平,引领和推动产业发展,取得显著的经济和社会效益.
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