Il ruolo di vari elementi nell'acciaio resistente all'usura martensitico ad alta resistenza

Circa l'80% dei guasti delle parti meccaniche è causato o indotto da varie forme di usura. Il fallimento dell'abrasione non solo causa un grande spreco di risorse, ma può anche causare direttamente enormi perdite economiche. Le parti meccaniche non solo richiedono un'elevata resistenza all'usura, ma devono anche avere un'elevata resilienza, in modo da soddisfare le esigenze della moderna ingegneria meccanica. Pertanto, è un modo importante per ridurre il fallimento delle parti meccaniche sviluppare una nuova generazione di acciaio resistente all'usura con struttura martensitica combinata con la moderna tecnologia di laminazione e preparare materiali resistenti all'usura in microlega a basso tenore di carbonio ad alta resistenza e alta tenacità.

In base ai requisiti di prestazione dell'acciaio resistente all'usura, viene progettata una composizione chimica ragionevole dell'acciaio resistente all'usura e gli elementi come C medio, Mn basso, Si, Nb, Ni, Cr, Mo, V, B sono utilizzato per la lega, in modo che l'acciaio abbia una qualità relativamente elevata dopo la tempra. L'elevata durezza e la sufficiente plasticità e tenacità assicurano che il materiale abbia una buona temprabilità, temprabilità e resistenza all'usura. Le funzioni specifiche di ogni elemento in acciaio antiusura sono le seguenti:

• carbonio. Il carbonio è un elemento importante che influisce sulla resistenza, durezza, tenacità e temprabilità dell'acciaio resistente all'usura, ed è anche l'elemento più importante che influisce sulla microstruttura dell'acciaio. All'aumentare del contenuto di carbonio, la durezza dell'acciaio aumenta, la resilienza diminuisce significativamente e la resistenza all'usura migliora gradualmente.
• manganese. Manganese e ferro formano una soluzione solida per aumentare la durezza e la resistenza della ferrite e dell'austenite nell'acciaio e aumentare fortemente la temprabilità dell'acciaio. Dopo la tempra, è facile ottenere una struttura martensite. A causa dell'effetto rinforzante del manganese, la matrice e i carburi vengono rinforzati, aumentando così la rigidità e la durezza.
• silicio. Il silicio esiste nell'austenite sotto forma di soluzione solida, che può aumentare la resistenza della soluzione solida nell'acciaio, migliorando così la resistenza all'usura dell'acciaio, ma un contenuto di silicio troppo alto ridurrà significativamente la plasticità, la tenacità e la duttilità di l'acciaio.
• cromo. Il cromo è vantaggioso per il rafforzamento della soluzione solida dell'acciaio ed è adatto alla formazione di carburi, migliorando così la resistenza alle alte temperature, la durezza e la resistenza all'usura dell'acciaio. Il cromo aumenta la temprabilità dell'acciaio, specialmente se opportunamente abbinato a manganese e silicio, può migliorare notevolmente la temprabilità, ma allo stesso tempo aumenta anche la tendenza dell'acciaio a temperare la fragilità.
• nichel. Il nichel è il principale elemento di lega che forma e stabilizza l'austenite. L'aggiunta di una certa quantità di nichel può migliorare la temprabilità, in modo che la struttura in acciaio mantenga una piccola quantità di austenite trattenuta a temperatura ambiente per migliorare la sua tenacità.
• molibdeno. Il molibdeno può affinare efficacemente la struttura in acciaio a bassa lega resistente all'usura, prevenire il verificarsi di fragilità di tempra, inibire fortemente la trasformazione dell'austenite in perlite durante il trattamento termico, stabilizzare la struttura trattata termicamente e migliorare la resilienza.
• boro. Una piccola quantità di boro può essere assorbita sul bordo del grano dell'austenite, ridurre l'energia del bordo del grano e migliorare la temprabilità dell'acciaio. L'acciaio bainitico raffreddato ad aria può essere ottenuto con la collaborazione del manganese.
• Titanio, vanadio. Gli elementi di microlega titanio e vanadio migliorano entrambi la resistenza attraverso l'affinamento del grano e il rafforzamento per precipitazione, ma il meccanismo d'azione e il grado di rafforzamento di ciascun elemento sono diversi. L'aggiunta composita di elementi microlegati ha dimostrato di avere un impatto molto maggiore sulle prestazioni dell'acciaio rispetto all'aggiunta di elementi singoli, che è il risultato dell'interazione tra gli elementi.

Ottimizzando il progetto della composizione chimica dell'acciaio resistente all'usura e considerando appieno l'interazione tra gli elementi di lega, si ottengono due materiali in acciaio resistente all'usura martensitico con due livelli di resistenza. I risultati preliminari della ricerca mostrano che queste due raffinate microstrutture a listelli martensitici possono essere ottenute nel processo di laminazione a due stadi di laminazione controllata e raffreddamento controllato, che semplifica il processo, e non vi è alcuna differenza evidente tra le due microstrutture.

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