Die Rolle verschiedener Elemente in hochfestem martensitischem verschleißfestem Stahl

Ungefähr 80 % der Ausfälle von mechanischen Teilen werden durch verschiedene Formen von Verschleiß verursacht oder induziert. Abriebversagen verursacht nicht nur eine Menge Ressourcenverschwendung, sondern kann auch direkt zu großen wirtschaftlichen Verlusten führen. Mechanische Teile erfordern nicht nur eine hohe Verschleißfestigkeit, sondern auch eine hohe Schlagzähigkeit, um den Anforderungen des modernen Maschinenbaus gerecht zu werden. Daher ist es ein wichtiger Weg, das Versagen mechanischer Teile zu reduzieren, eine neue Generation von verschleißfesten Stählen mit martensitischer Struktur in Kombination mit moderner Walztechnologie zu entwickeln und hochfeste und hochzähe kohlenstoffarme mikrolegierte verschleißfeste Materialien herzustellen.

Entsprechend den Leistungsanforderungen des verschleißfesten Stahls wird eine angemessene chemische Zusammensetzung des verschleißfesten Stahls entworfen, und die Elemente wie mittleres C, niedriges Mn, Si, Nb, Ni, Cr, Mo, V, B sind zum Legieren verwendet, so dass der Stahl nach dem Abschrecken eine relativ hohe Qualität aufweist. Hohe Härte und ausreichende Plastizität und Zähigkeit sorgen für eine gute Härtbarkeit, Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit des Materials. Die spezifischen Funktionen jedes Elements aus verschleißfestem Stahl sind wie folgt:

• Kohlenstoff. Kohlenstoff ist ein wichtiges Element, das die Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Härtbarkeit von verschleißfestem Stahl beeinflusst, und es ist auch das wichtigste Element, das die Mikrostruktur von Stahl beeinflusst. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Härte des Stahls zu, die Schlagzähigkeit nimmt deutlich ab und die Verschleißfestigkeit verbessert sich allmählich.
• Mangan. Mangan und Eisen bilden eine feste Lösung, um die Härte und Festigkeit von Ferrit und Austenit im Stahl zu erhöhen und die Härtbarkeit des Stahls stark zu erhöhen. Nach dem Abschrecken ist es leicht, eine Martensitstruktur zu erhalten. Durch die verstärkende Wirkung von Mangan werden Matrix und Karbide verstärkt und dadurch die Steifigkeit und Härte erhöht.
• Silizium. Silizium liegt im Austenit in Form einer festen Lösung vor, die die Festigkeit der festen Lösung im Stahl erhöhen kann, wodurch die Verschleißfestigkeit des Stahls verbessert wird, aber ein zu hoher Siliziumgehalt verringert die Plastizität, Zähigkeit und Duktilität von der Stahl.
• Chrom. Chrom ist vorteilhaft für die Mischkristallverfestigung von Stahl und eignet sich zur Bildung von Karbiden, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit von Stahl verbessert werden. Chrom erhöht die Härtbarkeit von Stahl, insbesondere in Kombination mit Mangan und Silizium kann es die Härtbarkeit stark verbessern, erhöht aber gleichzeitig auch die Neigung von Stahl zur Anlasssprödigkeit.
• Nickel. Nickel ist das wichtigste Legierungselement, das Austenit bildet und stabilisiert. Die Zugabe einer bestimmten Menge Nickel kann die Härtbarkeit verbessern, so dass die Stahlstruktur bei Raumtemperatur eine kleine Menge an Restaustenit behält, um ihre Zähigkeit zu verbessern.
• Molybdän. Molybdän kann die Struktur in niedriglegiertem verschleißfestem Stahl effektiv verfeinern, das Auftreten von Anlasssprödigkeit verhindern, die Umwandlung von Austenit in Perlit während der Wärmebehandlung stark hemmen, die wärmebehandelte Struktur stabilisieren und die Schlagzähigkeit verbessern.
• Bor. Eine geringe Menge Bor kann an der Austenitkorngrenze adsorbiert werden, die Energie der Korngrenze verringern und die Härtbarkeit des Stahls verbessern. Unter Mitwirkung von Mangan kann luftgekühlter bainitischer Stahl erhalten werden.
• Titan, Vanadium. Die Mikrolegierungselemente Titan und Vanadium verbessern beide die Festigkeit durch Kornfeinung und Ausscheidungsverstärkung, aber der Wirkungsmechanismus und der Verstärkungsgrad jedes Elements sind unterschiedlich. Es hat sich gezeigt, dass die zusammengesetzte Zugabe von Mikrolegierungselementen einen viel größeren Einfluss auf die Leistung von Stahl hat als die Zugabe von Einzelelementen, die das Ergebnis der Interaktion zwischen den Elementen ist.

Durch die Optimierung der chemischen Zusammensetzung des verschleißfesten Stahls und die vollständige Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen den Legierungselementen werden zwei martensitische verschleißfeste Stahlwerkstoffe mit zwei Festigkeitsstufen erhalten. Vorläufige Forschungsergebnisse zeigen, dass diese beiden verfeinerten martensitischen Lattenmikrostrukturen in dem zweistufigen Walzprozess aus kontrolliertem Walzen und kontrollierter Abkühlung erhalten werden können, was den Prozess vereinfacht, und es gibt keinen offensichtlichen Unterschied zwischen den beiden Mikrostrukturen.

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