Page 53 - 摩擦学学报2025年第9期
P. 53

第 9 期                    孙林宇, 等: 在线淬火低合金高强马氏体耐磨钢滑动磨损性能                                      1307

            −40 ℃. 拉伸试验和冲击韧性试验均重复3次取平均                         积为13.991 GPa·%，2#钢的强塑积为18.250 GPa·%，因
            值，以确保数据的准确性. 干滑动磨损试验在ML-100C                       此，2#钢在力学性能指标上优于1#钢. 值得注意的是，
            型磨损试验机上进行，试样尺寸为8 mm×8 mm×16 mm，                    当1#钢硬度从564 HV增加至2#钢的600 HV，增幅为
            下试样为180目的碳化硅砂纸，试验过程中，下试样保                          6.4%时，2#钢的抗拉强度和屈服强度相较于1#钢的增
            持静止，上试样以0.2 m/s的速度进行往复运动，选择                        幅较小，分别为7.5%和4.1%，而延伸率和韧性差距较
            高(90 N)、中(50 N)和低(10 N) 3种不同载荷模拟材料                 为明显，增幅分别达到了21.3 %和19.4%. 从合金成分
            的不同应力状态，磨损总时长为60 min，每磨损5 min                      上可以看出，1#钢和2#钢的V含量基本相同，而1#钢
            后更换砂纸，每磨损15 min将试样卸下，清洗后使用                         含有更多的Ti元素，2#钢含有更多的Nb、Ni和Cr元素.
            精度为±0.000 1 g的分析天平称重3次，并记录平均值.                     Nb元素的细晶强化效果最好，而Ti在细晶强化和析出
                                                                                    [10]
            为保证试验结果的准确性和可重复性，每种工况下测                            强化上均有较好的效果 ，从而使得2种钢的强度差
            试3组平行试样. 采用BMT-1型多功能材料表面性能                         异并不突出. Ni和Cr元素的添加可以显著改善钢种的
                                                                           [11]
            综合测试仪测量钢种的摩擦系数，上试样为Φ6 mm的                          低温冲击韧性 ，结合Nb元素最佳的细晶强化作用，
            Si N 陶瓷球，下试样为20 mm×20 mm×5 mm的测试                   2#钢表现出较好的塑韧性.
                4
              3
            试样. 为了避免摩擦试验中接触温度的升高，上试样                               图2所示为1#钢和2#钢组织的SEM照片和原始奥
            以低速60 mm/s进行往复运动，试验过程中施加10、                        氏体晶界照片，从图2(a)和(b)可以看出，1#钢和2#钢
            50、 90  N的 载 荷 ， 测 试 时 间 为 30 min.   采 用 BX300     的微观组织均为回火马氏体. 可以看出，不同区域马
            Zeiss金相显微镜和Nova 400Nano场发射扫描电子显                    氏体的回火程度不同，腐蚀后，回火程度较大的马氏
            微镜及其配置的EDS能谱仪表征试样基体、磨损截面                           体边界模糊，呈凹陷状，如小倍数SEM照片中箭头所
            和磨损表面组织；采用HV-1000A维氏硬度计测试钢                         示. 回火程度较低的马氏体，其板条边界较为清晰，如
            种的表面和基体硬度. 此外，采用晶界腐蚀剂浸蚀的                           放大图中箭头所示. 1#钢中组织保留了部分热轧后的
            方法显示奥氏体晶界并统计2种钢的原始奥氏体晶粒                            扁平化结构，马氏体束有明显的取向性，而2#钢中马
            尺寸，晶界蚀刻的方法如下：采用LBTK03溶液在60 ℃                       氏体组织取向随机分布，且块状尺寸较细小. 1#钢中
            的水浴锅中浸蚀试样45 min后清洗，并在抛光布上擦                         的马氏体扁平化与在线淬火过程中钢板在未再结晶
            拭试样4 s左右.                                          区轧制后直接淬火有关，在轧制完成之后，沿着轧制
                                                               方向被拉长的奥氏体晶粒无法再发生再结晶，扁平状
             2    试验结果和讨论                                      奥氏体晶界得以保留. 即使在回火后，部分这种特征

             2.1    基体组织和力学性能                                  仍然保留下来，最终得到的马氏体板条呈现出明显的
                                                                             [12]
                图1所示为1#钢和2#钢的力学性能，与常规钢种                        拉长和取向特征 . 虽然1#钢和2#钢均采用在线淬火
            强度和韧性的“倒置”关系不同，添加了Ni、Nb和Cr元                        处理，但2#钢的晶粒拉长现象不明显，这可能与2#钢
            素的2#钢在硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率和低                           中添加的合金元素有关，Cr元素提高钢的淬透性，有利于
            温冲击韧性等力学指标上均明显优于1#钢. 采用强塑积                         钢得到均匀的马氏体组织. 此外，根据图2(c)和(d)可以
            更为直观地比对二者力学性能的差异，其中1#钢的强塑                          统计出钢种的原始奥氏体晶粒尺寸，结果表明，1#钢
                                2 200                                          39      670

                                                        37
                                2 100                            Tensile strength  36
                                                         2 005   Yield strength        640
                                2 000     31                     Elongation    33 Impact toughness/J
                                                                 Impact toughness  30  610
                                         1 865
                               Strength/MPa  1 800  564   600                  27      580  Hardness/HV
                                1 900
                                                                 Hardness
                                1 550
                                1 500                    1 518                 10
                                          1 458             9.1                9       550
                                1 450                                          8  Elongation/%
                                         7.5
                                1 400                                          7       520
                                           1#             2#
                                         Fig. 1    Mechanical properties of 1# steel and 2# steel
                                                 图 1    1#钢和2#钢的力学性能
   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58