什么是水泥?

水泥,化学上定义为碳化铁(Fe3C]),是一种硬的、脆的金属间相,在固化和随后的热处理过程中形成于碳钢中。它的晶体结构是正交形,它有助于其高硬度 — — 通常大约在800-1100HV — — 但也有利于其低硬度。 水泥在冷却过程中从土质中喷出,或在温化岩中形成。 其形态特征表现为长、板状或石板状颗粒,这在很大程度上取决于钢的热史。 理解水泥质的行为对于设计耐磨钢具有基础作用,因为这一阶段直接影响到材料承受表面退化的能力。

水泥矿的穿戴抵抗机制

钢材的穿戴通过几种不同的机制进行,水泥的贡献因不同而异。 水泥的硬度使其成为塑料变形和微切的有效障碍,而塑料变形和微切是滑动和磨损接触中物质损失的主要驱动因素。

穿无比的

在磨损,硬粒或厌倦的犁入钢质表面,通过微切或断裂去除材料. 水泥质颗粒起到坚固障碍作用,阻断穿透. 当水泥质细而统一分散时,钢能保持平滑的表面,并阻断深沟的形成. 然而,如果水泥质粗或聚在一起,则可以在高压下裂开,并且通过产生碎片实际上加速磨损.

粘着穿

粘着磨损在接触表面时会发生,在极点时会一起焊接,然后剪切,转移材料. 水泥岩会降低粘着的倾向,因为它与芳油相比在化学上稳定,且较少的胶合,硬相也使周围的基质变得坚硬,进一步减少了真正的接触面积,从而降低了粘着结合物形成的可能性.

穿肥发

在环状加载下,表面或地下裂缝可以传播,导致溅射或平面。水泥质会以两种相反的方式影响疲劳。精细,分布良好的水泥质可以通过提供硬点来抑制裂缝的启动,从而分配压力。 相反,大型或长的水泥质颗粒会起到压力提升的作用,促进裂缝核化并减少疲劳寿命。 因此,控制水泥质形态在齿轮和轴承等应用中至关重要。

微结构因素控制着着着装性能

钢的耐磨性不仅仅是水泥体积分数的函数。

  • ” 卷片 : 高水泥含量一般会增加硬度和磨损阻力。 比如,水泥含量为30-40%的白铸铁被用于恶劣的采矿环境。 但超过一定的点,脆度占据主导地位,坚韧度崩溃。
  • 颗粒大小和形态:细,麻黄化水泥(通过麻黄化的无孔动物)提供了硬度和坚硬度的最佳组合. 粗或软化水泥(如珍珠石)在某些磨损条件下可以接受,但在撞击下失败.
  • 分布统一性:聚水泥形成高压力浓度区域,一个单一分布确保负载平等共享,减少局部断裂的风险.

水泥厂的热处理战略

制造商采用一系列热循环来设计水泥相,以满足具体的耐磨要求。

通报和正常化

在厌食期间,钢材从澳铁区缓慢冷却,用跛脚水泥制成粗珍珠石,虽然这种结构相对柔软,但可以作为进一步处理的起点,随着冷却速度的加快,能产生更细珍珠石,并在厌食材料上稍稍增强耐磨性.

排队和诱惑

断层将奥氏石转化为马腾岩,这是一种超饱和固体溶液。 之后在150°C至600°C的温度下温化,从马腾岩中催生出精细的水泥岩。低温温温化(150-300°C)使水泥岩保持极细,最大限度地提高切割工具等应用的硬度。 较高的温化温度使水泥岩凝固,将硬度换成硬度,对易撞击部件有用。

调温

气温的上升需要压抑到刚过马腾基开始和保持的温度,形成巴因岩。 白尼微结构含有散落在具有典型的腹腔形态的黄石基质中的水泥岩。 这种结构提供了高强度、强韧性以及耐磨性的良好平衡,在滑动磨损条件下通常优于温性马腾基。

硬性与硬性之间的权衡

水泥的主要工程挑战是磨损阻力和断裂强度之间的反向关系。 随着水泥含量的增加,硬度上升但电磁性和撞击强度下降。 工程师必须选择钢质和热处理,以优化这种平衡,满足具体的装载条件。

比如,在重度磨损占主导地位的磨碎机或碎石机中,高水泥白铁(加铬以稳定碳化物)尽管强度较低,但仍被使用。 相反,齿轮和轴承会经历循环弯曲压力;在这里,具有细细的麻黄质粒的水泥含量较低,可确保耐穿寿命,而不会在疲劳下发生灾难性故障。

与其他碳化物相间的比较

虽然水泥是普通碳钢中最常见的碳化物,但许多耐磨钢都含有形成更硬,更稳定的碳化物的合金元素. Chromium形成M[7 C3]或M23 C6]碳化物,香 ⁇ 形成MC 碳化物,以及钨或钼形成M6 C 碳化物. 这些合金碳化物往往比水泥(例如,碳化铝可以超过2000HV)更坚固,在较高的温度下保持稳定,使它们更倾向于切割工具和热活性死亡.

然而,水泥对成本敏感的应用仍然很重要。 在碳钢中,它提供了巨大的耐磨性,而不会消耗合金元素。 此外,通过热机械加工提炼水泥矿,能以较低的材料成本接近一些低合金钢。

水泥-水泥钢的实际应用

水泥在耐磨方面的作用在许多行业得到利用:

  • 铁路轨迹:珍珠铁路钢铁在铁丝网基质中含有跛齿水泥岩。水泥岩硬度与轮子接触时磨损的磨损相搏,细的间隙会减缓裂缝的传播。现代头部硬化铁路通过加速冷却甚至更细的珍珠岩。
  • 剪切工具[]:高碳工具钢(如AISI W1,A2,D2)依靠水泥或合金碳化物来保持边缘. 工具钢中的sphoroided 水泥在保持磨损阻力的同时减少碎屑.
  • 钢板:AR400等钢板和温带钢板含有一个温带的马腾基质,有细细的水泥渣沉淀,这些板板用于倾卸卡车衬里、槽和推土机叶片。
  • 弹匣和滚筒轴承:承载钢(例如52100)被冲压和调压,以便在温和的马腾基质中产生细水泥质的散射. 水泥质颗粒支撑接触负荷,减少滚动接触疲劳.
  • 齿轮:许多汽车和工业齿轮是由外壳硬化的低碳钢制成的. 核内有细细的温带水泥质分布,提供强度,而化油箱中既含有水泥质,也含有表面硬度的合金碳化物.

结论

水泥相是耐磨钢的基石,以低成本提供硬度和微结构多功能的有力结合,但其效力对尺寸、形状和分布高度敏感,可以通过仔细的热处理和合金设计加以控制。通过了解水泥相抗磨、粘合和疲劳的机制,工程师可以选择和加工钢材,以满足最严格的磨损应用。未来的发展,如纳米结构水泥相或混合型微结构与其他碳化物的混合结构,保证更能发挥更大的性能。关于水泥和磨损机制的进一步解读,见 萨摩亚国际[ MatWeb材料财产数据库[,以及科学文献。