含量对低高合金钢组织及行为的影响
摘 要 ： 在低 高合金钢中 ， 把碳含量 限定在 0 ％加． 3 ％， 随着含量的变化 ， 低高合金钢 的组 织 、 终 态性 能都发生了改变。含量对低 高合金钢 的影 响有两种情况 ： 含量较低时不改变单相板条马 氏体 的组织 ， 但 影响其 性 能，随着含量的增加 ， 终态 硬度 明显升高， 耐腐蚀性下降 ； 含量达 到一定程度时 ，会改变组织构成 ， 出现 复相 组 织 ， 由于严重 的晶间 ， 性大大降低。
我国冶金矿山( 铁矿、 金矿等) 湿式球磨机衬板以高锰钢制作为主。矿山湿式球磨机衬板， 使用工况恶劣，既受又受冲击和磨损。高锰钢仅韧性高、 冲击性能好； 但磨损、 性能较差。因此 国内外近年来纷纷研制改性高锰钢 ， 以中合金碳钢、 高铬铸铁等材质衬板取代高锰钢。国内外有关报道表 明， 湿式球磨机中， 现在各种材质衬板使用效果均不理想， 主要表现为寿命较短。
为适应冶金矿山严酷的工况条件 ，本实验中心研制了一种性能好、 成本适中的新材料( 低碳高合金钢9 2 7 ) 取代高锰钢。含镍的低碳高合金钢作为一种新型的冶金矿石湿磨衬板材质 ，具有优良的耐冲击磨损性能，其寿命较传统的高锰钢等提高两倍以上 。 分析湿式衬板的工况条件可知，理想的衬板材质应具有较高的硬度 、 韧性及耐性能。 含量偏低的材料其韧度将大大提高，但磨性会不 够 ；含量偏高 ， 材料的硬度 、 耐磨性会因此而改 变， 但韧度将难以满足要求I 2 ] 。本研究就含量对低高合金钢组织及性能的影响，进而影响材料的性的机理作了一些阐述。
1 试验材料及方法
1 ． 1 试验材料
对于含量的研究 ， 进行 了从低到高( 均控制
在低范围内， 其余合金元素含量相同) 的一系列试制过程 ， 并采用 了三种成分 ， 即含碳量( 质量分 数) 分别为 0 ． 1 6 ％、 0 ． 2 1 ％和 0 ． 2 5 ％。 钢的编号分别 为 1 、 2 、 3 。在 Z G J L 0 0 1 - 4 0 ． 4型真空感应熔炼炉中熔炼 ， 出炉前加适量铝作为脱氧剂。
1 ． 2 试样的制备
铸锭先进 行 9 5 0 ℃x 2 ． 5 h均匀化 退火 ， 然后川线切割方法 T成 l Oml T l ~ l 0mmx 3 0mm 以及 l 0 ml T l ~l 0 mmx 5 5 mm 的条块 若干 条状试样
经过淬火同火( 5 5 0_ c× 1 h预 热 ， 1 0 5 0 ℃× O ． 5 h油淬+ 2 5 0 ℃× 2 h ) 处理后． 得到最终 淡样 各 试样 的 化学成分见
1 _ 3 实验方法
州 Ol y mp u s P ME型光镜观察金相组织 由于低碳高合金钢有很好的耐蚀性 ．因此腐蚀剂选用了腐蚀性较强 的氯化铁盐酸水溶液作金相腐蚀．
配 比为： 氯化铁 5 g， 盐 酸 5 0 m1 ． 水 1 0 Om1 。同时结合 x射线衍射 和显微硬度作物相分析测定了== 种材料 的常规性能 ． 即硬度 、 冲击韧度及均匀腐蚀性 能。将 试样 表面打磨平整后测定硬度值， 每种材料取 5个试样 ． 每个试样测 3个点 ， 再测定无缺 口 斌样 的 口 值 ， 每种材 料退火态与淬火回火卷各测 3个试样 另取两种材料终态 ，即淬火回火态 1 0mi l l ~ 1 0mmx 5mm 薄片 ． 用挂 片失重法测定均匀速率 。薄 片的所有表 面经水砂纸粗磨后再细磨抛光 ， 用丙酮超声清洗并吹干．使用 O - 4 g的电光分析天平称，记为原始质量肘一 用丝线将 薄片悬挂置 于 D H值 为2． 5的稀硫酸中， 共腐 蚀 I 4 4 h后 ．取出薄 片清理腐蚀 产物 ． 再按上述方法清洗称重，得到新的质量m则均匀的速率为：
式中 为均匀速率 ( g - 1 1 1 - h ) ： S为薄片总表面积 ( m ) ； z 为腐蚀时间( h) ． 2 试验结 果及讨论
2 ． 1 含对组织的影响 2 及 3 试样退火和淬 火回火组 织见图 1 ． 其 中 】 、 2 试样组织均为单相板条 马氏体 ．而 3 试样 的退火 态和淬 火 回火 组织则 明显 不同 于 1 和 2 。可看 出． 3 试样的退火态大部分基
体 屉板条马氏体 ， 还出现了一些条块状组织 ， 由于较板 条更易受 ，因此在金相显微镜下呈晴黑色 一淬火回火态 l ¨ 现 了板条马氏体与白色块 状组织的混合体 对3 试样的淬火阿火态 x射线衍射结果如图 2所承通过 2 斌样 的金相组织观察 ．可以看刮含碳量从 0 ． 1 6 ％上升到 0 ． 2 1 ％时 ．无论 是退火态还是淬火回火态 ， 均能得到单相板条马氏体。 2 试样的硬度高于 l 试样 ，而其冲击韧 度则低于 1 试样。当碳含量升高至 0 ． 2 5 ％( 3 试样) 时． 退火态和淬火同火态组织仍 然以板条马 氏体 为主，但不再是单相马氏体状态退火态除 r板条以外 ． 还有少
部分黑色条块区域 ．说明这个相较板条更加容易受： 淬火回火态除了板条外。 也有少量白色组织难 以腐蚀 。为了更好地分辨退火态黑色组织内部形貌 ．将其放大进行观察 ， 发现这种黑色组织并非由单一相组成。而是在整个黑色组织的基体上分布有大量的岛块状颗粒及一些细小弥散的黑色质点，岛块内部较外围基体稍亮一些。对 3 试样退火态衍射结果显示 ． 主要相为马氏体。 另有少量残余奥氏体和 M7 C ， 型碳化物，主要为( C r , F e ) C， 。结合金相分析， 黑色组织为粒状贝氏体嘲． 其中分布的岛块是富碳的残余奥氏体析出碳化物的结果【 4 】
3 试样退火态的马氏体衍射峰有 明显 的宽化现象 ．由于马氏体中过饱和的碳 引起马氏体的正方度增加 ，即 0轴方向和 c轴方向的晶面间距不再相等。这样同一晶面族不再对应单一 2 角， 表现在衍射图上就是衍射峰的宽化。3 试样退火态衍射图中的奥氏体最强线对应晶面间距为 2 ． 0 7 3 。
可以估计奥氏体含碳量接近于 1 ． 0 ％， 证明了岛状奥氏体是富碳的。在冷却过程中因发生稳定化而保留下来。而粒状贝氏体中其他一些奥氏体可能 在过冷时发生了析出碳化物的转变。
2 ． 2 碳含量对性能的影响
不同碳含量及不同状态下的性能见表 2
3 试样的淬火回火态 X R D结果说明 ，其组织中包含有马氏体和奥氏体 ，马氏体依然是主要的， 不过残余奥氏体的量也有所增加。白色组织显微硬度要高于板条马 氏体的显微硬度．因此可以判断。白色组织是较为典型的高碳隐晶马氏体和残余奥氏体的混合组织，这是由退火态成分组织上的不均匀带来的影响。退火组织奥氏体化后
的高碳区 点较低， 淬火形成高碳马氏体和残余奥氏体 ， 低碳区则形成板条马 氏体 。由于马氏体含碳量有了较大的提高．无论退火态还是淬火回火态的硬度均显著高于 1 和 2 试样。淬火回火态由于有相当一部分残余奥氏体存在， 故韧度较高。
不同碳含量的低碳高合金钢均匀腐蚀速率也是不同的。 碳含量越高。 腐蚀越快。 从外观上。 1 和 2 试样表面基本保持清洁均匀 ， 而 3 试样被一层明显的红色腐蚀产物所包覆。且与基体结合较牢固。1 试样单相板条马氏体使其耐腐蚀性{zh0}： 2 虽然也为单相组织．但马氏体中碳的固溶度高于 1 试样 。 说明其晶格畸变更大 ， 能量更高 ， 因此耐蚀性稍差 ；相比前两种试样 ， 3 试样最不耐蚀 ． 因为其组织发生了根本的变化。由单相变成多相组织， 严重的相间腐蚀是失重加速的原因。
3 结论
( 1 )低碳 高合金钢中 ，碳含量分别为 0 ． 1 6 ％和 0 ． 2 1 ％时．其退火和淬火回火态组织均为xx单相板条马氏体。 板条较细； 当碳含量达到 0 ． 2 5 ％
时。 出现复相组织 ， 退火态为板条马氏体加少量粒状贝氏体。淬火 回火态为板条马氏体加少量高碳隐晶马氏体和一定的残余奥氏体。
( 2 )在低碳高合金 中， 碳含量增加 ， 终态硬度明显升高。 但耐蚀性下降。 终态组织为单相板条马氏体时，韧度随碳含量增加而降低； 终态组织为复相组织时。 由于残余奥氏体的存在。 材料韧度也较高。
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