摘要
随着露天采矿技术发展趋于开采规模大型化、生产过程连续化、装备大型化，大型装备的采掘零部件需具备更好的耐磨性能。目前采掘零部件用低合金高强钢多为马氏体钢，其显微组织大体为回火马氏体组织，其力学性能表现为塑性韧性不足、延迟断裂抗力低等特征，严重影响高强钢的使用寿命及服役安全性。本文设计了一种中碳低合金马氏体/纳米贝氏体复相高强钢，主要研究了不同热处理工艺后试验钢的显微组织和力学性能，探索了最佳热处理工艺及其强韧化机理；测试了试验钢不同转变组织在磨粒磨损和冲击磨粒磨损条件下的表面磨损特征及亚表层组织演变规律，并得出磨粒磨损条件下耐磨性能的主要决定因素是表面硬度，冲击磨粒磨损的耐磨性能受强韧性综合性能影响的结论。 通过淬火膨胀仪确定试验钢的相变点和等温转变曲线，在此基础上研究了预备热处理、淬火工艺、等温淬火工艺对试验钢显微组织和力学性能的影响。研究表明：最佳的热处理工艺为800℃正火2h空冷，920℃奥氏体化保温20min后直接进入盐浴炉中进行260℃等温淬火，保温时间为6h。该工艺冲击吸收功值达到Aku116.6J，硬度为53.1HRC，且抗拉强度为1700MPa，延伸率为30%，强塑积达到51GPa%，与传统淬火后回火工艺对比拥有更好的综合力学性能。其显微组织主要为马氏体/纳米贝氏体复相，贝氏体转变前有一段孕育期，在MS点以下温度等温淬火时，先发生一部分马氏体转变，先形成马氏体分割了原奥氏体晶粒，增加了贝氏体转变的形核位置，加速了贝氏体转变。并且由于等温淬火温度较低，贝氏体相变驱动力较大，抑制了组织长大，因此提高了试验钢的强韧性。通过对比不同温度等温淬火后的贝氏体/马氏体配比和力学性能，确定了260℃为最佳等温淬火温度。 二体平面磨损试验中，相对耐磨性大体上与其硬度成正比，即硬度越高，二体磨损的耐磨性越好，对比等温淬火试样磨损前后的表面硬度，发现磨损后表面硬度有十分明显的提升，其表面产生加工硬化现象，表面硬度大约提高12%左右，等温淬火温度为260℃耐磨性最佳。在三体冲击磨损试验中，耐磨性能受硬度与冲击韧性综合影响，等温淬火温度为260℃时，试验钢中具有恰当的回火马氏体/纳米贝氏体组织体积比，综合力学性能良好，其耐磨性为单一马氏体组织耐磨性的1.5倍。
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