工程机械用NM500耐磨钢的耐磨性能

摘要：以工程机械用NM500耐磨钢为研究对象，对其进行不同冲砂角度和冲击压力的冲蚀磨损试验，研究了NM500耐磨钢的冲蚀磨损方式和机制。结果表明：在不同冲砂角度和冲击压力的冲蚀磨损过程中，NM500钢整体冲蚀磨损性能表现为低冲击压力下磨损性能优于高冲击压力，大冲砂角度下磨损性能优于小冲角。NM500钢大冲角条件下冲蚀磨损方式主要是冲击坑，磨损机制主要是挤压塑性变形。小冲砂角度条件下NM500钢磨损方式主要是犁削和塑性变形，磨损机制主要是切削磨损和变形磨损。

关键词：NM500钢；耐磨性；塑性变形

根据相关统计，我国每年因为磨损而消耗的金属耐磨材料超过300t，经济损失高达400亿元。NM500作为一种低合金高强度耐磨钢材料，具有生产工艺简单、强度高、韧性和可焊性良好等优点，在对耐磨强度要求较高的工程机械上被广泛应用，如装载机、挖掘机、推土机、旋挖机等工程机械的斗底板、铲跺、侧刃板、衬板、挡板均需使用厚度在20～60mm的NM500耐磨钢板[1]。由于工程机械中使用的耐磨钢所处工况复杂，而不同工况下耐磨材料的磨损方式和磨损机理又不尽相同[2-4]，所以研究不同工况下耐磨钢的磨损机理来指导各力学性能的匹配极具现实意义。根据文献[4-6]，当前对耐磨钢滑动磨损形式下的磨损性能研究较多，但对冲蚀磨损工况下耐磨钢磨损性能和磨损机理的研究还鲜有报道。鉴于此，本研究以NM500耐磨钢为研究对象，选择不同冲砂角度和冲击压力，进行NM500耐磨钢的冲蚀磨损试验，探讨了NM500耐磨钢在不同条件下的冲蚀磨损方式和磨损机制，为生产性能稳定的NM500耐磨钢材料提供借鉴。

1试验材料与方法试验

采用厚度为6mm的NM500钢板，其抗拉强度为1750MPa，伸长率为10.8%，布氏硬度为503.2HBW。冲蚀磨损试验采用GP-1干式喷砂机进行，通过线切割截取60mm×50mm×6mm的矩形试样，采用砂纸打磨去除表面氧化层后抛光，再用酒精冲洗表面吹干。通过精度为0.1mg的TG328电子天平称重[6]，称重三次取均值记录，作为磨损前试样质量。采用粒度60目的棕刚玉为冲蚀磨损试验磨料，喷砂嘴准8mm，分别对试样进行冲蚀距离120mm、30°冲砂角度和冲蚀距离150mm、90°冲砂角度的冲蚀磨损试验，冲击压力分别选择0.2、0.6MPa，冲蚀磨损时间选择2、4、6min。冲蚀后试样采用酒精冲洗并吹干，称重三次取均值记录，作为磨损后试样的质量。采用Nova400Nano扫描电镜分析微观组织结构。

2试验结果与分析

2.1冲蚀磨损结果分析

大冲角（90°）条件下NM500耐磨钢的磨损量在低冲击压力下（0.2MPa），NM500耐磨钢磨损量随着时间变化基本呈线性变化，磨损失重率较低，说明大冲角、低冲击压力条件下，NM500钢耐磨性较好且较稳定。从图1（b）可见，在高冲击压力下（0.6MPa），NM500耐磨钢磨损量随着时间变化呈线性变化，说明耐磨性稳定，但磨损失重率较大，说明大冲角、高冲击压力条件下，NM500钢表现出较差的耐冲砂磨损性。小冲角（30°）条件下NM500耐磨钢磨损量。可见，在30°冲角下NM500耐磨钢磨损量随着时间变化呈线性变化，失重率较大；高、低冲击压力下失重率均高于90°冲角下的结果。在小冲角（30°）、高冲击压力（0.6MPa）的条件下，NM500耐磨钢耐冲砂磨损性最差。

2.2磨损表面观察

90°冲角下NM500钢磨损表面形貌。可见，在低冲击压力下，NM500钢磨损表面出现较多的冲击凹坑，并有少量的较浅犁沟[7]。这主要是当较低的冲击压力磨料粒子垂直冲击NM500表面时，NM500钢表面发生塑性形变，使得被冲击区域向周围塑性流动，形成冲击凹坑，导致变形磨损失重。同时少部分磨料粒子冲刷NM500钢表面时，发生反射，重新与NM500钢表面发生刮擦，导致了较浅犁沟的出现。在高冲击压力下，磨料粒子冲刷NM500钢表面时，由于NM500钢具有较好的冲击韧性，被冲击区域吸收了磨料粒子的冲击能量，形成了变形区。综合分析知，NM500耐磨钢90°大冲角下的冲蚀磨损方式主要是冲击坑，磨损机制主要是挤压塑性变形。经小冲角、低冲击压力的冲蚀磨损后，磨损表面出现较多的犁削坑，塑性变形周围隆起挤出唇。冲击压力增大后，磨损表面犁削区变大，塑性变形变大，挤出唇增大变多。出现如此形貌主要是由于NM500钢具有较高的硬度和较好的塑性，在30°小冲角冲击的过程中，材料表面未能直接被切削掉，而是发生塑性流动，形成了隆起的挤出唇，进一步受到磨料粒子的冲刷，挤出唇剥离表面，形成失重。冲击压力增大后，高能量的磨料粒子使得NM500钢表面犁削变大，切削变深，有明显的犁皱出现。由此可见，NM500耐磨钢在30°小冲角下冲蚀磨损方式主要是犁削和塑性变形，磨损机制主要是切削磨损和变形磨损。

3结论

（1）在不同冲击角度和冲击压力的冲蚀磨损过程中，NM500钢整体冲蚀磨损性能表现为低冲击压力下磨损性能优于高冲击压力，大冲角下磨损性能优于小冲角。在小冲角、高冲击压力的条件下，NM500耐磨钢耐冲砂磨损性较差。（2）NM500钢大冲角条件下冲蚀磨损方式主要是冲击坑，磨损机制主要是挤压塑性变形。小冲角条件下磨损方式主要是犁削和塑性变形，磨损机制主要是切削磨损和变形磨损。

参考文献:

[1]邓想涛，王昭东，王国栋．工艺参数对NM500耐磨钢力学性能和三体冲击磨损性能的影响[J]．材料热处理学报，2012，33(9)：65-69．

[2]胡日荣，蔡庆伍，武会宾，等．热处理工艺对NM500耐磨钢组织和力学性能的影响[J]．北京科技大学学报，2013，35(8)：1015-1020．

[3]宋晔，刘环．热处理对ZG29Cr2Si2MnMoRE钢力学性能及耐磨性的影响[J]．热加工工艺，2016，45(2)：220-221．

[4]张懿，唐建新．硅含量和热处理工艺对低合金耐磨钢力学性能的影响[J]．热加工工艺，2011，40(12)：160-162．

[5]王珊，刘敬平，张冬梅．低合金耐磨钢ZG34Mn2SiV的研制[J]．金属热处理，2016，41(2)：32-34．

[6]刘晓东，冯勇，侯东华，等．低温控轧和在线淬火工艺对NM500调质钢组织和韧性的影响[J]．热加工工艺，2016，45(10)：236-239．

[7]路泽永．基于BP神经网络算法的耐磨钢热处理工艺优化[J]．热加工工艺，2016，45，(22)：168-171.

作者:王基月 单位:郑州科技学院机械工程学院