相關(guān)鏈接：SKD11鋼組織和沖擊磨料磨損機(jī)理深冷處理后的研究

摘 要 利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、硬度儀和拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行觀察和嘗試熱處理 深冷處理 SKD11鋼在回火處理后的顯微組織、硬度和抗沖擊性能(通稱“深冷處理”)，利用MLD-10型載荷磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)SKD11鋼沖擊磨料的磨損特性進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)沖擊磨料的磨損原理進(jìn)行了深入分析。結(jié)果表明，SKD11鋼的深冷處理部門由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同種類的滲碳體組成，滲碳體包括碳化物滲碳體、未熔透碳體和斑點(diǎn)滲碳體。結(jié)果表明，SKD11鋼在深冷處理后由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同種類的滲碳體組成，滲碳體包括碳化物滲碳體、未熔透碳體和斑點(diǎn)滲碳體。深冷處理SKD11鋼的硬度為59.2 HRC，大約16個(gè)無(wú)空缺樣品的沖擊功 J。在沖擊磨損試驗(yàn)中，深冷處理的SKD11鋼磨損率隨著損壞時(shí)間的長(zhǎng)短呈線性增加。在科學(xué)研究的磨損期內(nèi)，深冷處理后的SKD11鋼早期磨損機(jī)制多為外部經(jīng)濟(jì)磨損和多次形狀變化，后期磨損機(jī)制多為應(yīng)變疲勞磨損。

關(guān)鍵字 SKD11鋼；深冷處理；顯微組織；斷裂韌性；沖擊磨損

破損、破損和形狀變化是磨具無(wú)效的三種具體方法，其中破損在磨具無(wú)效中所占比例較大[1]，但磨粒磨損是一種較為常見(jiàn)的破損方法，沖擊磨損是磨粒磨損的一種特殊方法，在沖擊磨損過(guò)程中，不僅具有沖擊錘的沖擊效果，還具有磨砂顆粒的磨損效果。為了保證模具鋼的抗沖擊磨損性能，從模具零件表面進(jìn)行改性[2]、成分調(diào)節(jié)[3]、對(duì)熱處理方法的改進(jìn)[4]等進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)選擇深冷處理可以提高模具鋼的耐磨性能[5]。

研究主體為輕載場(chǎng)所常用的SKD11鋼，分析了SKD11鋼在深冷處理加工過(guò)程中的相互關(guān)系，探索了SKD11鋼在沖擊磨損條件下的磨損機(jī)理，為SKD11鋼的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

如表1所示，實(shí)驗(yàn)中使用的SKD11鋼成分的原始尺寸為220。 mm×60 mm×10 mm，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)原試件進(jìn)行熱處理 深冷處理 回火處理(俗稱“深冷處理”)，其熱處理方法為:首先將試件放入ZKL-06010雙室燃?xì)獯阏婵諢Y(jié)爐中進(jìn)行真空處理，真空值為2.5。 Pa，在700~750 ℃加熱1 h，再加熱至1 010 ℃后隔熱保溫1 h，油淬后立即放入-80~-70~ 在4℃的SL-600型氫罐中， 取下試件后，將試件冷卻到室內(nèi)溫度，然后進(jìn)行200。 ℃回火處理[6]。

使用線切割機(jī)激光切割10 mm×10 mm×30 對(duì)于mm的試件，選擇zeiss體視顯微鏡觀察深冷處理后樣品的合金成分，選擇HRSS-150型表面洛氏硬度計(jì)，在待檢測(cè)樣品表面選擇5個(gè)不同的地方進(jìn)行硬度值的測(cè)量，將平均值計(jì)算為最終硬度值。

根據(jù)GB//GB/應(yīng)力試件規(guī)格T 229-1984規(guī)范，選用線切割機(jī)激光切割10 mm×10 mm×55 mm無(wú)空缺試件，為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，取3個(gè)試件沖擊功的平均值作為最終沖擊功[7]。

在MLD-10型載荷磨損試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行沖擊磨損試驗(yàn)，上試件為深冷處理后的SKD11鋼，尺寸為10。 mm×10 mm×30 mm，GCr15鋼下試件為環(huán)形，強(qiáng)度為62。 HRC，耐磨材料為400目地棕剛玉砂，實(shí)驗(yàn)中常用沖擊功能為4.5 J，試驗(yàn)機(jī)沖擊工作頻率為60次/min[6]。試驗(yàn)中，沖擊錘往復(fù)自由落體，推動(dòng)試件與試件環(huán)表面碰撞，耐磨材料從試件邊緣的砂桶注入，上下試件部分沖洗干凈。使用精度為0.1 mg的電子分析天平各自的精確測(cè)量試件在2、4、6、8、10 h損壞前后質(zhì)量，選擇透射鏡。（SEM）對(duì)SKD11鋼深冷處理后的機(jī)構(gòu)、斷裂面的外部經(jīng)濟(jì)特性和沖擊磨料磨損后的表面形狀進(jìn)行觀察。

2.1 組織分析SKD11鋼深冷處理

對(duì)試件中的滲碳體進(jìn)行能譜分析，以進(jìn)一步把握深冷處理后不同類型滲碳體物質(zhì)的成分和比例。從圖3可以知道，球形和條形滲碳體都含有C。 、Fe、Cr、V4元素表在斑點(diǎn)滲碳體中沒(méi)有V原素。根據(jù)表2中各元素的原子百分比，可以計(jì)算出球形和條形滲碳體中的Cr7C3。、VC、 (Fe，Cr)斑點(diǎn)狀滲碳體為Cr7C3C、(Fe，Cr)7C3。

2.2 SKD11鋼深冷處理后的抗沖擊性能及斷口形狀 剖析

表3顯示了SKD11鋼深冷處理后沖擊破裂時(shí)三個(gè)試件測(cè)得的沖擊功能，從平均值可以看出，SKD11鋼深冷處理后破裂時(shí)的沖擊吸收功能較低，主要原因是SKD11鋼中奧氏體基材及其周圍滲碳體顆粒過(guò)多，影響晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與晶界應(yīng)力矩的平衡，降低SKD11鋼在沖擊過(guò)程中的吸收動(dòng)能。為了進(jìn)一步分析深冷處理后SKD11鋼試件破裂的原理，對(duì)其進(jìn)行了SEM斷口形狀的觀察。從圖4斷口的形狀可以知道，橫截面上有一定的總面積和不同大小的解理。解理分布在中小凹盆中，而撕裂邊緣和韌窩占比較小。因此，我們可以知道SKD11鋼的沖擊破裂方法是標(biāo)準(zhǔn)的解理破裂。

2.3 深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨料磨損結(jié)論及 機(jī)理研究

圖5顯示了SKD11鋼深冷處理后試件沖擊磨損量與損壞時(shí)間之間的關(guān)系曲線圖。

2.3 深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨料磨損結(jié)論及 機(jī)理研究

圖5顯示了SKD11鋼深冷處理后試件沖擊磨損量與損壞時(shí)間之間的關(guān)系曲線圖。沖擊功能為4.5 J時(shí)，在科學(xué)研究的磨損期內(nèi)，樣品的磨損率與損壞時(shí)間正相關(guān)，但6 h后曲線斜率略有擴(kuò)大。也就是說(shuō)，在承受沖擊性磨料磨損的過(guò)程中，試件的磨損機(jī)制在各個(gè)階段都有可能發(fā)生變化。

能對(duì)SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨料磨損原理進(jìn)行更詳細(xì)的分析，需要進(jìn)一步觀察磨損面的宏觀外觀。圖6顯示了SKD11鋼在深冷處理后的沖擊磨損4。 圖66顯示了h后磨損面的SEM外觀。（a）可以知道，試件損壞表面存在箭頭符號(hào)所示的硬相凸起狀態(tài)，同時(shí)采用硬相斷裂解理[8]，這種外觀的誕生主要是由于SKD11鋼中小塊和球形滲碳體阻擋顯微鏡的鉆孔和形狀變化，形成“浮雕圖案”的外觀，由于延展性大，大塊碳化物滲碳體破裂，發(fā)生圖66（a）光潔解理的示意。

由圖6（b）可以知道犁溝的排水溝有一定的不規(guī)則形狀變化，犁溝兩側(cè)的原材料被引向兩側(cè)，但基材沒(méi)有脫落。這種被引向兩側(cè)和前方且不切割的體積稱為犁皺[9]，如下圖6所示。（b）顯示中圓形。在沖擊性磨粒磨損過(guò)程中，使用的棕剛玉顆粒硬度為9.2~9.5，SKD11鋼深冷處理后的硬度平均為59.2。 HRC，因此，在沖擊磨料磨損過(guò)程中，一方面，硬棕剛玉顆粒可能被壓入SKD11鋼試件表面，另一方面，耐磨材料很可能沿著試件表面徑向移動(dòng)，產(chǎn)生犁溝，從而產(chǎn)生切削。當(dāng)后續(xù)耐磨材料幾次按照同一點(diǎn)進(jìn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致更多的原材料被引向犁溝的兩側(cè)或前部，產(chǎn)生犁皺。當(dāng)遇到后續(xù)的磨砂顆粒效果時(shí)，排水溝的原材料很可能會(huì)再次發(fā)生犁溝變形，引向兩側(cè)的凸起部分可能會(huì)被鋪平或再次沉積，從而導(dǎo)致原材料在冷硬化或其他增強(qiáng)作用下脫落成磨屑[8]。因此，SKD11鋼深冷處理后短時(shí)間內(nèi)的磨損機(jī)制是外部經(jīng)濟(jì)鉆削磨損和多次形狀變化損傷。

圖7顯示了深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨損8 h后SEM外觀，從圖7可以知道，此時(shí)磨損的臉部有箭頭符號(hào)和圓形所示的犁皺、鑿削印痕和表面裂紋，但犁皺和鑿削的比例不大，表面原料脫落后留下的脫落坑主要存在于受損表面。這種脫落坑的產(chǎn)生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下，在沖擊性磨砂顆粒的反復(fù)作用下，在表面留下沖擊痕跡，使表面金屬材料大幅變形、硬化、開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致脫落和磨屑。這種形狀變化引起的磨損稱為應(yīng)變性疲勞磨損[10]。這種脫落坑的產(chǎn)生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下，在沖擊性磨砂顆粒的反復(fù)作用下，在表面留下沖擊痕跡，使表面金屬材料大幅變形、硬化、開(kāi)裂，進(jìn)而導(dǎo)致脫落和磨屑。這種形狀變化引起的磨損稱為應(yīng)變性疲勞磨損[10]。因此，SKD11鋼深冷處理后，沖擊磨料的磨損原理大多是中后期應(yīng)變性疲勞磨損。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，SKD11鋼深冷處理后，機(jī)構(gòu)由隱晶回火馬氏體、滲碳體和殘余奧氏體組成，滲碳體上有不規(guī)則碳化物滲碳體、球形未熔碳體及其顆粒滲碳體；SKD11鋼深冷處理后，平均強(qiáng)度為59.2 HRC，常溫下無(wú)空缺樣品的沖擊功率約為16。 J，沖擊斷裂的方法為標(biāo)準(zhǔn)解理斷裂；沖擊功能為4.5 J下，在科學(xué)研究的磨損期內(nèi)，SKD11鋼深冷處理后的磨損率與損壞時(shí)間正相關(guān)。短時(shí)間內(nèi)的磨損機(jī)制是外部經(jīng)濟(jì)鉆孔磨損和多次形狀變化磨損。中后期沖擊磨料的磨損原理多為應(yīng)變疲勞磨損。