工程機械用NM500耐磨鋼的耐磨效能論文
摘要：以工程機械用NM500耐磨鋼為研究物件，對其進行不同衝砂角度和衝擊壓力的沖蝕磨損試驗，研究了NM500耐磨鋼的沖蝕磨損方式和機制。結果表明：在不同衝砂角度和衝擊壓力的沖蝕磨損過程中，NM500鋼整體沖蝕磨損效能表現為低衝擊壓力下磨損效能優於高衝擊壓力，大沖砂角度下磨損效能優於小衝角。NM500鋼大沖角條件下衝蝕磨損方式主要是衝擊坑，磨損機制主要是擠壓塑性變形。小衝砂角度條件下NM500鋼磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機制主要是切削磨損和變形磨損。
關鍵詞：NM500鋼；耐磨性；塑性變形
根據相關統計，我國每年因為磨損而消耗的金屬耐磨材料超過300t，經濟損失高達400億元。NM500作為一種低合金高強度耐磨鋼材料，具有生產工藝簡單、強度高、韌性和可焊性良好等優點，在對耐磨強度要求較高的工程機械上被廣泛應用，如裝載機、挖掘機、推土機、旋挖機等工程機械的鬥底板、鏟跺、側刃板、襯板、擋板均需使用厚度在20～60mm的NM500耐磨鋼板[1]。由於工程機械中使用的耐磨鋼所處工況複雜，而不同工況下耐磨材料的磨損方式和磨損機理又不盡相同[2-4]，所以研究不同工況下耐磨鋼的磨損機理來指導各力學效能的匹配極具現實意義。根據文獻[4-6]，當前對耐磨鋼滑動磨損形式下的`磨損效能研究較多，但對沖蝕磨損工況下耐磨鋼磨損效能和磨損機理的研究還鮮有報道。鑑於此，本研究以NM500耐磨鋼為研究物件，選擇不同衝砂角度和衝擊壓力，進行NM500耐磨鋼的沖蝕磨損試驗，探討了NM500耐磨鋼在不同條件下的沖蝕磨損方式和磨損機制，為生產效能穩定的NM500耐磨鋼材料提供借鑑。
1試驗材料與方法試驗
採用厚度為6mm的NM500鋼板，其抗拉強度為1750MPa，伸長率為10.8%，布氏硬度為503.2HBW。沖蝕磨損試驗採用GP-1乾式噴砂機進行，透過線切割擷取60mm×50mm×6mm的矩形試樣，採用砂紙打磨去除表面氧化層後拋光，再用酒精沖洗表面吹乾。透過精度為0.1mg的TG328電子天平稱重[6]，稱重三次取均值記錄，作為磨損前試樣質量。採用粒度60目的棕剛玉為沖蝕磨損試驗磨料，噴砂嘴準8mm，分別對試樣進行沖蝕距離120mm、30°衝砂角度和沖蝕距離150mm、90°衝砂角度的沖蝕磨損試驗，衝擊壓力分別選擇0.2、0.6MPa，沖蝕磨損時間選擇2、4、6min。沖蝕後試樣採用酒精沖洗並吹乾，稱重三次取均值記錄，作為磨損後試樣的質量。採用Nova400Nano掃描電鏡分析微觀組織結構。
2試驗結果與分析
2.1沖蝕磨損結果分析
大沖角（90°）條件下NM500耐磨鋼的磨損量在低衝擊壓力下（0.2MPa），NM500耐磨鋼磨損量隨著時間變化基本呈線性變化，磨損失重率較低，說明大沖角、低衝擊壓力條件下，NM500鋼耐磨性較好且較穩定。從圖1（b）可見，在高衝擊壓力下（0.6MPa），NM500耐磨鋼磨損量隨著時間變化呈線性變化，說明耐磨性穩定，但磨損失重率較大，說明大沖角、高衝擊壓力條件下，NM500鋼表現出較差的耐衝砂磨損性。小衝角（30°）條件下NM500耐磨鋼磨損量。可見，在30°衝角下NM500耐磨鋼磨損量隨著時間變化呈線性變化，失重率較大；高、低衝擊壓力下失重率均高於90°衝角下的結果。在小衝角（30°）、高衝擊壓力（0.6MPa）的條件下，NM500耐磨鋼耐衝砂磨損性最差。
2.2磨損表面觀察
90°衝角下NM500鋼磨損表面形貌。可見，在低衝擊壓力下，NM500鋼磨損表面出現較多的衝擊凹坑，並有少量的較淺犁溝[7]。這主要是當較低的衝擊壓力磨料粒子垂直衝擊NM500表面時，NM500鋼表面發生塑性形變，使得被衝擊區域向周圍塑性流動，形成衝擊凹坑，導致變形磨損失重。同時少部分磨料粒子沖刷NM500鋼表面時，發生反射，重新與NM500鋼表面發生刮擦，導致了較淺犁溝的出現。在高衝擊壓力下，磨料粒子沖刷NM500鋼表面時，由於NM500鋼具有較好的衝擊韌性，被衝擊區域吸收了磨料粒子的衝擊能量，形成了變形區。綜合分析知，NM500耐磨鋼90°大沖角下的沖蝕磨損方式主要是衝擊坑，磨損機制主要是擠壓塑性變形。經小衝角、低衝擊壓力的沖蝕磨損後，磨損表面出現較多的犁削坑，塑性變形周圍隆起擠出唇。衝擊壓力增大後，磨損表面犁削區變大，塑性變形變大，擠出唇增大變多。出現如此形貌主要是由於NM500鋼具有較高的硬度和較好的塑性，在30°小衝角衝擊的過程中，材料表面未能直接被切削掉，而是發生塑性流動，形成了隆起的擠出唇，進一步受到磨料粒子的沖刷，擠出唇剝離表面，形成失重。衝擊壓力增大後，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。由此可見，NM500耐磨鋼在30°小衝角下衝蝕磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機制主要是切削磨損和變形磨損。
3結論
（1）在不同衝擊角度和衝擊壓力的沖蝕磨損過程中，NM500鋼整體沖蝕磨損效能表現為低衝擊壓力下磨損效能優於高衝擊壓力，大沖角下磨損效能優於小衝角。在小衝角、高衝擊壓力的條件下，NM500耐磨鋼耐衝砂磨損性較差。（2）NM500鋼大沖角條件下衝蝕磨損方式主要是衝擊坑，磨損機制主要是擠壓塑性變形。小衝角條件下磨損方式主要是犁削和塑性變形，磨損機制主要是切削磨損和變形磨損。
參考文獻:
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