1、試驗條件和方法
試驗用鋼在150 kg中頻感應爐中冶煉，砂型澆鑄并在高溫時進行強風冷卻，澆注溫度為1550℃。
磨損實驗是在MLD-10型動載沖擊磨損試驗機上進行。由于目前球磨機的磨球材料大多為低鉻鑄鐵球，對磨下試樣選為低鉻鑄鐵（尺寸為寬度20 mm，外徑50mm，內(nèi)徑30mm;硬度52HRC）。上試樣為實驗試樣(10mm×10mm×30mm)，試驗過程中，下試樣旋轉(zhuǎn)，上試樣以一定頻率沖擊下試樣，磨料通過料斗均勻流入兩試樣之間受到?jīng)_擊并碾碎。因此，上試樣在與帶有磨料的旋轉(zhuǎn)下試樣接觸瞬間，試樣接觸面上既受到?jīng)_擊力作用，同時又有短程滑動，較好地模擬了球磨機磨損工況下的磨損情況。上試樣沖擊頻率為200次／min，下試樣轉(zhuǎn)速為31.4 r/min，磨粒是粒度為20/40精制石英砂，預沖10min，然后沖擊磨損20min，所選取的沖擊功為1.0J、3.6J、4.5J。實驗前后均用丙酮清洗試樣，用感量為萬分之一電子天平稱重，以磨損失重量W的倒數(shù)w-l表示上試樣耐磨性。通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電鏡對變質(zhì)前后鑄鋼進行組織、磨損形貌的觀察。
2、試驗結(jié)果及分析
2.1鑄態(tài)復相耐磨鋼的顯微組織和沖擊韌性
鑄態(tài)復相耐磨鋼顯微組織如圖la所示。可見，經(jīng)復合變質(zhì)處理的鑄態(tài)耐磨鋼，不僅晶粒得到細化，而且組織的均勻性大為改善。鑄態(tài)組織為馬氏體十貝氏體十少量殘余奧氏體，馬氏體基體上分布著針狀下貝氏體，其亞結(jié)構如圖lb所示。從圖ib可看出，在馬氏體板條與貝氏體束之間及貝氏體鐵素體板條間、內(nèi)部均存在著熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性很高的薄膜狀殘余奧氏體，亞結(jié)構的位錯密度很高。其力學性能如表2所示。許多研究者指出6～9]，薄膜狀殘余奧氏體對鋼的韌性改善極為有利，此正是鑄態(tài)耐磨鋼具有高沖擊韌性的關鍵所在；而高密度的位錯亞結(jié)構使鑄態(tài)復相耐磨鋼具有較高的硬度。總之，鑄態(tài)復相耐磨鋼高的硬度和良好的沖擊韌性是由其組織組成和相組成、形態(tài)、分布及其亞結(jié)構決定的，而成分設計、爐前工藝控制和凝固冷卻控制是決定鑄態(tài)復相耐磨鋼這種組織結(jié)構的關鍵所在。
2.2 不同沖擊載荷下鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性
MLD-10型動載沖擊磨損實駿機上的磨損過程包括上試樣的自由下落與旋轉(zhuǎn)的下試樣產(chǎn)生沖擊和上試樣被重新提起進行下次沖擊之前，上下試樣之間相對產(chǎn)生三體磨粒磨損。
鑄態(tài)復相耐磨鋼和高錳鋼在不同沖擊載荷下的耐磨性如圖2所示。可以看出，當沖擊功較小(1.0 J)時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性最高，而高錳鋼的耐磨性最低；當沖擊功增為3. 60J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性稍低于高錳鋼；當沖擊功增為4. 50 J時；鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性大大低于高錳鋼。從上述結(jié)果可以看出，鑄態(tài)復相耐磨鋼在較小沖擊載荷下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。由于MI}D - 10型動載沖擊磨損試驗機與球磨機實際工況條件具有相似性，所以，本實驗結(jié)果可為球磨機襯板的選材和工藝控制過程提供依據(jù)。
2.3 磨損形貌及磨損機理分析
鑄態(tài)復相耐磨鋼的磨損形貌如圖3所示。可見，沖擊載荷1.0 J時，磨損面上幾乎全為顯微切削和犁溝，幾乎沒有沖擊塑性變形的痕跡。沖擊載荷4.5 J時，沖擊塑變坑增加，磨損面中脆性斷裂顯著增加，幾乎沒有犁溝的痕跡。而以往大量的分析研究表明：韌性材料（如高錳鋼）在高沖擊載荷下的沖擊磨損機理主要是沖擊坑擠壓塑性變形唇，經(jīng)反復塑變形成大量塊狀磨屑，極少有犁溝和切削。
從上述磨損形貌和以往研究可得出，在沖擊載荷較小時，由于滑動磨損而使磨損面上主要為顯微切削和犁溝，提高鑄態(tài)復相耐磨鋼的硬度將有助于提高耐磨鋼滑動磨損耐磨性；在沖擊載荷較大時，由于沖擊塑變坑增加，該沖擊塑變坑可以在一次沖擊后形成，也可能在多次沖擊后形成，金屬經(jīng)過多次沖擊變形最終以疲勞或脆性斷裂機理失效，因此，為了提高耐磨鋼的耐磨性，應提高耐磨鋼的強韌性。
3、工業(yè)實驗
我們于2001年12月在河南靈寶金礦2.1×3.0(m)的金礦磨機上同時安裝鑄態(tài)復相耐磨鋼和高錳鋼兩種材質(zhì)的襯板，進行工業(yè)性對比實驗。高錳鋼襯板1100 h己基本失效，而鑄態(tài)復相耐磨鋼襯板可運轉(zhuǎn)1680 h。運行結(jié)果表明：當球磨機直徑較小時，相應襯板承受的沖擊載荷較小，鑄態(tài)復相耐磨鋼作為中小型球磨機襯板的使用壽命高于高錳鋼襯板，且鑄態(tài)復相耐磨鋼具有合金成本低，無熱處理工藝環(huán)節(jié)，耐磨性高和裝卸費用低等優(yōu)點，其經(jīng)濟效益非常顯著。
4、結(jié)論
(1)米用合理的成分設計、爐前工藝控制和凝固冷卻所得鑄態(tài)復相耐磨鋼具有合適的組織組成和相形態(tài)、分布及其亞結(jié)構，使鑄態(tài)復相耐磨鋼具有高的硬度和良好的沖擊韌性配合。
(2)在動載沖擊磨損實驗過程中，當沖擊功為3．60J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼具有和高錳鋼相當?shù)哪湍バ裕划敍_擊功為1.0 J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性是高錳鋼兩倍以上。實際的工業(yè)性運轉(zhuǎn)對比實驗也表明：試驗開發(fā)的鑄態(tài)復相耐磨鋼具有高的抗滑動磨損和一定的沖擊塑變磨損抗力，是一種高效、節(jié)能適用于中小型球磨機襯板的耐磨材料。
