摘要
耐磨钢广泛用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、铁路运输等部门，磨损是耐磨零部件失效的主要形式之一，其造成的经济损失和材料消耗是巨大的。因此,提高耐磨钢的质量，开发新型高性能耐磨钢，并且深入地开展钢材磨损机理的研究，以降低由于磨损造成的损失，对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的上作。 本文以两种中锰耐磨实验钢为研究对象，其中一种实验钢是BTW钢，另一种是在BTW钢板的合金成分基础上添加了0.1％的钛。对两种实验钢进行热轧、固溶和时效热处理，研究不同处理工艺下两种实验钢的显微组织、微观硬度和耐磨性的演变规律，着重分析钛元素对实验钢显微组织、微观硬度和耐磨性能的影响规律，揭示中锰耐磨钢在不同载荷作用下的磨损失效形式及其磨损机制。本论文得到的结论如下: （1）两种实验钢热轧态为全奥氏体组织，经1000℃固溶处理1h后，含钛的BTW钢由于TiC微粒的固溶有效阻止奥氏体晶粒长大粗化，平均奥氏体晶粒尺寸从热轧态的32.2μm降低到25.2μm;固溶处理后BTW钢奥氏体晶粒尺寸明显粗化，从热轧态的15.2μm粗化到32.9μm。经450-650℃时效处理后，含钛的BTW钢基体中有大量的TiC或Ti（C,N）析出，维氏硬度由热轧态的297HV升高到483HV;相比之下，BTW钢的维氏硬度由热轧态的276HV上升到356HV。上升幅度不如含钛的BTW钢。 （2）对含钛的BTW钢进行不同载荷作用下（50-300N）的滑动磨损实验，结果表明:低载荷（50-150N）作用下，热轧态和经500℃时效处理的试样耐磨性最好，而固溶态、450℃和550℃时效处理的试样随着载荷的增大磨损量明显增加;在高载荷（200-300N）作用下，热轧态、固溶态和550℃时效处理试样的磨损量快速增大，450℃和500℃时效处理的试样磨损量增加缓慢。综合可知，在高低载荷作用下，500℃时效处理试样的耐磨性能最好。 （3）含钛的BTW钢热轧态试样的主要磨损形貌为裂纹、剥落坑和少量塑性变形。在50N、100N的法向载荷下，表现出少量的裂纹和氧化，100N的法向载荷裂纹更深,甚至出现剥落;当法向载荷达到150N时，表现出大量的脱层、凹坑、氧化;当法向载荷达到250N时，主要磨损形貌为深沟槽、大凹坑和大量细小碎屑。当法向载荷达到300N时，磨损形貌变为少量分层和大量犁沟。500℃时效处理试样在不同载荷下的磨损形貌与热轧态相近，但在高载荷（200-300N）作用下裂纹和剥落坑的数量明显少于热轧态试样，因此具有更好的耐磨性能。 （4）对含钛实验钢500℃时效处理试样的磨痕截面形貌进行分析可知，在摩擦应力的作用下，磨损亚表层的显微组织沿滑动方向发生了ε相变，且随着载荷的增加，相变层厚度逐渐增大。结合SEM和TEM显微组织可知，500℃时效处理试样中的TiC或Ti(C,N)析出量最大，极大减少摩擦过程中的磨损量;此外，由于第二相的大量析出，降低了奥氏体的层错能，提高了材料的加工硬化能力，大大增加了磨损阻力，因此耐磨性能最好。
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