冶金礦山濕式球磨機襯板使用工況惡劣，不僅有鋼球的沖擊磨損，又有礦漿的腐蝕磨損。高錳鋼( ZGMn13)在此種條件下，加工硬化不足，因此不能滿足要求。為此我們研制了一種低碳高合金鋼襯板，其使用壽命是高錳鋼的二倍以上。為了進一步研究此鋼的性能，在低沖擊功下研究了新型襯板鋼的沖擊腐蝕磨損性能，并對它的腐蝕磨損行為進行了研究。
1、試驗材料和方法
1.1試驗材料
所用的低碳高合金鋼用ZMJL001-40-4型中頻感應熔煉爐熔煉，其設計成分如表1所示。所用的熱處理工藝為950℃x2.5 h均勻化退火，然后淬火回火(550℃x1h預熱，1 050℃x0.5 h加熱后油淬，250℃x2h回火)。
1.2實驗方法
沖擊腐蝕磨損試驗在改進的MLD-10型沖擊腐蝕磨損試驗機上進行，沖擊頻率為200次/min。上試樣即為待測材料，用線切割方法加工成10 mmx10 mmx30 mm的條塊，安裝在沖錘上，試驗時隨沖錘作上下往復運動，沖擊下試樣，這是對實際工況中沖擊因素的模擬。下試樣為淬火處理過的GCr15鋼。磨料為鐵礦石，其粒度為6～10目，硬度f=10～15，所用料漿的pH值為3～5。考慮到試驗中礦石的破碎和粒度變化以及酸度的減弱，可能使材料的磨損行為發生很大變化，因此每隔30 min更新料漿一次。
試驗中的沖擊功由沖錘的質量和下落高度共同決定，由于沖錘整體質量一定，因此可以通過改變落差來調整沖擊功大小。所選用的沖擊功分別為0.7、1.2、1.7 J。
用Hitachi-X-650掃描電鏡觀察清洗干凈的沖擊腐蝕磨損表面的SEM形貌，用OlympusPME型光鏡觀察垂直于磨面的表層及亞表層的狀態變化。
2、試驗結果與討論
2.1 0.7J時低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損機理
從圖1(a)可看出，0.7J沖擊功下，低碳高合金鋼沖擊腐蝕磨損8h后，其磨損形貌較為簡單，并且表面也比較平整，只有大量的劃痕及極少數的壓痕。這同材料的性能是分不開的。由于低碳高合金鋼具有較高的硬度，而該條件下的沖擊功又較小，鐵礦石在受到較小正應力的作用下，不能壓入材料基體，只能在切應力的作用下沿材料表面滑移，從而在材料表面形成了劃痕。材料在沖擊功及高硬度鐵礦石的作用下，只發生了程度較低的擠壓塑性變形，由于不能有效地壓人材料表面，因此只能產生少量的壓痕。
低碳高合金鋼沖擊腐蝕磨損16 h的磨損形貌（圖1b）和8h的磨損形貌極為相似，只是劃痕數量大大增加，此外還出現了少量的壓坑和擠出棱。這些現象的出現同沖擊磨損時間的延長有密切關系。隨著沖擊磨損時間的延長，磨粒在切應力的作用下發生滑動的幾率大大增加，因此劃痕數量大大增加。而壓坑和擠出棱則是在正應力的反復作用下出現的。
以上這些現象可以用微觀切削理論來解釋。該理論認為：磨粒在材料表面的作用力可分為法向力和切向力，法向力使磨粒壓入表面，在表面形成壓痕；切向力使磨粒向前推進。當磨粒的形狀與方向適當時，磨粒如同刀具一樣，在表面進行切削而形成切屑。由于切削的寬度和深度都很小，切屑也很小，故稱之為微觀切削。該條件下材料受到的沖擊力較小，材料的硬度又比較高，所形成的犁溝很淺，切屑非常細小。
由于材料所受到的“破壞”程度較輕，同時低碳高合金鋼具有優良的耐腐蝕性能，所以，該沖擊功條件下兩種時長的試驗中均沒有發現材料的腐蝕現象。
綜上所述，低碳高合金鋼在此條件下的沖擊腐蝕磨損機理是輕微的呈微切削。
2.2 1.2J沖擊功時兩種鋼的沖擊腐蝕磨損機理
1.2 J沖擊功條件下，試樣經不同時間沖擊腐蝕磨損試驗的表面SEM形貌如圖2所示。比較0.7 J和1.2 J兩種沖擊功試驗，可以看到，沖擊磨損8h后，1.2J沖擊功條件下，不僅材料表面的壓坑、犁溝的數量比0.7 J沖擊功條件下的多，并且深度也要更深一些。另外，在圖2(b)中可以看到，犁溝的邊緣有非常細小的塑變脊。雖然該條件下沖擊功有所增大，但由于低碳高合金鋼的高硬度和較高的沖擊韌度，磨粒滑過材料時仍很難形成磨屑，只形成塑變楔和塑變脊。但由于形成的塑變楔和塑變脊非常細小，同時在形成過程中已受到很大的塑性損傷，因此很容易在其它磨粒的作用下被“磨掉”，所以在磨損形貌的SEM照片中很難發現塑變楔和塑變脊或者由它們因受到沖擊力的作用而形成的突起的材料堆積。
當沖擊磨損時間達16 h，犁溝的數量有所增加，在局部區域也發現了突起的材料堆積。在磨損過程中，塑變脊、塑變楔及所形成的突起的材料堆積，遇到磨粒二次作用時，就會脫落形成磨屑，造成材料的損耗。
兩種時長條件下材料的磨損形貌SEM照片中仍未發現腐蝕坑，說明該條件下，材料的腐蝕磨損仍不明顯，同時也證明了低碳高合金鋼具有優良的耐腐蝕磨損性能。
由以上的分析我們可以知道，該條件下低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損機理為輕微的微觀犁皺和二次顯微切削。
2.3 1.7J時低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損機理
沖擊功為1.7 J時低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損形貌與0.7 J和1.2 J時的磨損形貌相比，有了明顯的不同。
當沖擊磨損時間為8h時，材料表面出現了大量的擠出棱及淺層壓坑，同時還出現一些較小的片狀或條棱狀淺層剝落痕跡，這與沖擊功的增大有密切的關系。當沖擊功增大，在試驗條件下材料更容易形成凹坑和擠出棱，如圖3(a)所示，擠出棱處的加工硬化程度增強，導致金屬棱的脆性增大，其根部硬化區與非硬化區的交界處易萌生微裂紋，從而在沖擊功及磨料的作用下，在局部區域出現擠出棱的脆性沿根斷裂。此外，材料中的腐蝕現象仍然不很明顯。這是由于低碳高合金鋼中高的含鉻量及合適的含鉬量決定了其良好的耐腐蝕性能。當沖擊磨損時間達到16 h后，材料表面的凹坑深度增加，在圖中顯示為暗黑色。剝落塊的面積也隨沖擊磨損時間的延長而增大，但剝層深度仍然較淺。此外，還發現了少量的淺小腐蝕坑。在該沖擊功條件下，隨著沖擊磨損時間的延長，材料的塑性變形程度增加，所以凹坑深度增加。在圖中出現的剝落除了由擠出棱的低周疲勞沿根斷裂產生外，還由材料的淺層疲勞剝落引起。
綜上所述，低碳高合金鋼在該條件下的沖擊腐蝕磨損機理為：短時間內以擠出棱的低周疲勞沿根斷裂為主，長時間后兼有少量的加工硬化層淺層疲勞剝落和輕微的腐蝕磨損。
從圖4(a)～(f)的亞表層的照片來看，0.7 J下材料亞表層沒有發生明顯的塑性變化，也看不到腐蝕坑的存在。1.2 J下材料只是在表面出現了凹凸不平的形變，見圖4(c)、(d)，但是表面凹坑的數量和深度都比0.7 J沖擊功條件下的明顯增加。隨著沖擊磨損時間的延長，材料局部區域的塑性變形隨之增大，材料表面凹凸不平的形變變得強烈（圖4d），但表層組織依然清晰，流變不明顯，表明加工硬化程度仍然不高。1.7 J下材料的亞表層組織如圖4(e)、(f)所示，在材料的亞表層發現與磨損面成450的微裂紋，隨著沖擊功增大，材料的亞表層必然產生變形層，變形層內必然會產生大量位錯增殖及滑移運動，這些高密度位錯必然產生塞積或互相交割而纏結致使材料表面硬化，從而在硬化層和非硬化層的交界處形成裂紋，裂紋擴展至表面便形成剝落。根據Suh和YangYY等的分層剝離理論，磨損失重的過程就是磨損接觸亞表層萌生裂紋和空洞并與表面近似平行地擴展，然后在最薄弱的地方回到表面，從而導致表層剝落的過程。在擠出棱、剝層剝落后，材料露出了新鮮表面，材料的腐蝕電位負移，耐腐蝕性能降低，同時電位負移程度隨著載荷的增大而增大，因此在16 h后的磨損形貌中發現了腐蝕坑。
從以上的分析可知，在低沖擊功下，低碳高合金鋼具有優良的耐沖擊腐蝕磨損性能，是一種優良的冶金礦山用濕式球磨機襯板用鋼。
3、結論
(1)沖擊功對材料的沖擊腐蝕磨損機理有重要的影響。不同沖擊功條件下，相同材料的沖擊腐蝕磨損機理互不相同。
(2)在模擬實際工況條件下，當沖擊功為0.7j時，低碳高合金鋼的沖擊腐蝕磨損機理為輕微的顯微切削：當沖擊功為1.2 J時，沖擊腐蝕磨損機理為輕微的微觀犁皺和二次顯微切削：當沖擊功為1.7 J時，沖擊腐蝕磨損機理為擠出棱的低周疲勞沿根斷裂，長時間后則兼有少量的加工硬化層的淺層疲勞剝落和輕微的腐蝕磨損。
(3)在低沖擊功下，低碳高合金鋼具有優良的耐沖擊腐蝕磨損性能，是一種優良的冶金礦山用濕式球磨機襯板用鋼。
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