庄巧玲

（金堆城钼业集团有限公司，陕西华县 714102）

大型化、高效化、连续化和智能化是我国制造装备的发展方向，但是与之配套的耐磨部件和耐磨材料消耗量大、运转效率低、制造成本高。半自磨机由于取代了常规中细碎、筛分和矿石转运环节，使流程缩短，综合运行成本降低，劳动生产率得到提高[1]，被广泛应用于铜矿、铁矿和钼矿等冶金矿山领域。随着磨机规格越来越大、自动化程度越来越高，衬板磨损问题便逐渐凸显出来，因衬板耐磨性能不足，导致衬板频繁更换，使得设备运转率降低，单位磨矿成本增加[2]。

为此，本文利用JMatPro 软件对耐磨钢的连续冷却转变曲线（CCT）、等温转变曲线（TTT）、端淬曲线及组织分布进行了计算和模拟，据此设计了正交试验，采用水雾淬火工艺进而研究耐磨材料在不同淬火温度，不同保温时间，不同回火温度，不同回火时间下的组织和性能。

1 试验材料及方法

ZG70CrMo 合金钢的成分见表1，应用JMat-Pro 软件进行模拟计算。

表1 化学成分范围 ωB/%

用中频感应炉进行试验钢的熔炼，使用水玻璃宝珠砂造型，醇基锆英粉涂料，浇注成基尔试块，然后线切割取10mm×10mm×55mm 规格试样，试样经热处理后进行金相观察、硬度和冲击韧性等测试。

2 模拟结果与分析

使用材料模拟软件JmatPro7.0，通过模拟TTA曲线、CCT 曲线和TTT 曲线即可获得试验材料的相变温度。

2.1 平衡相图

由图1 可以看出，该合金液相线温度为1464.46℃，在该温度时高温铁素体析出，随着温度降低，高温铁素体增多，当合金温度达到固相线温度1357.54℃时，合金转变为奥氏体，同时还有极少量的MNS 相，该合金的A3温度为770℃，A1温度为726.04℃。合金在室温下的平衡相主要由90.78%的铁素体，6.52%的碳化物M7C3，2.62%的碳化物M23C6，0.08%的碳化物MNS 相组成。

图1 合金的平衡相图

2.2 合金的TTA 图的计算

通过软件的快捷鼠标功能可以看到不同加热速度时合金的A1温度、A3温度、奥氏体均一化的温度及时间，其结果如图2 所示。

图2 合金的TTA 图

从表2 中可以看出，随着加热速度的增加，合金的相变温度均提高，奥氏体均匀化温度也提高，奥氏体均匀化时间减少，即加热速度越大，合金在高温下的保温时间减少。实际的热处理工艺中加热速度受到工件结构、合金热导率、热处理炉功率等因素的影响。之后合金的CCT、TTT 曲线计算时合金的奥氏体化温度均选择为910℃，奥氏体化升温速度选择为30℃/min。

表2 加热速度对奥氏体化参数的影响

2.3 合金的TTT 及CCT 图的计算

图3 为合金TTT 曲线的计算结果。从图上可以看出钢在奥氏体化后冷却过程中，析出铁素体、珠光体、贝氏体的最早温度分别为734.2℃、768.9℃和446.1℃。马氏体的开始转变温度为207.6℃，转变终了温度为76.3℃。合金的C 曲线出现两个“鼻尖”，第一个“鼻尖”温度为637℃，过冷奥氏体在此温度下保温528.43s 后有珠光体开始析出。第二个“鼻尖”温度为387℃，过冷奥氏体在此温度下保温84.21s 后贝氏体开始析出。

图4 为合金的CCT 曲线图，从图上可以看出相变区域分为铁素体区、珠光体区、贝氏体区和马氏体区。通过软件的快捷鼠标功能可以看出不同冷却速度下的合金组织，随着合金冷却速度增加，铁素体、珠光体的数量减少，贝氏体和马氏体的数量增加，合金要想获得马氏体临界冷却速度为10℃/s。

3 试验结果与分析

3.1 试验方法

根据模拟结果，本文研究了采用奥氏体化温度、保温时间、回火温度作为因子，设计正交试验，分别以洛氏硬度和冲击韧性作为目标，进行正交试验，探索最佳的热处理工艺。

3.2 结果及分析

3.2.1 力学性能

表3 正交试验因素及水平表

图3 合金的TTT 曲线

图4 合金的CCT 曲线

表4 正交试验表

对试样洛氏硬度和冲击韧性测试，其结果如表5 所示。

从表5 中可以看出，以铸态样品性能为基线，3#、5#、7#和9#样品硬度低于铸态样品，与之对应其冲击韧性无法测量，即在300J 的冲击功作用下，样品未断裂。1#、2#、4#、6#和8#样品硬度高于铸态样品，并且其冲击韧性有明显提升，尤其是2#样品提高了521%。为进一步确定最优热处理方案和下一步改进方向，本试验对正交试验结果进行统计学分析，具体结果如表6 所示，其中Ki为各水平硬度指标的和，ki 为其对应的平均硬度值。

根据极差Rj 的大小，可以判断各因素对试验指标的影响主次。本次试验极差Rj 计算结果见表6，比较各R 值大小，可见RC＞RB＞RA，所以因素对试验指标影响的主次顺序是C→B→A。即回火温度影响最大，其次是保温时间，而奥氏体化温度的影响较小。其中，性能最好的是第1 组，即奥氏体化温度为830℃，保温时间40min，回火温度550℃。其洛氏硬度为38.50HRC，冲击功为165J。

表5 正交试验力学性能结果

表6 试验结果分析

3.2.2 显微组织

为进一步分析样品性能提高的原因，对样品进行金相组织分析，如图5 所示。由金相组织图5a～i 可以看出，试样钢经过高温回火后，组织较为细密，主要为回火索氏体组织。比较1#、2#、3#试验可以看出随着保温时间和回火温度的升高，铁素体的比例逐渐增大，析出的细粒状渗碳体分布在铁素体基体之上，结合力学性能可以看出，材料的硬度逐渐下降，塑韧性提高。

比较1#和4#，1#和7#，2#和5#试验可以看出随着奥氏体化温度和回火温度的升高，铁素体的量也在增多，片层结构变化较为明显，表现出材料硬度逐渐减小，塑韧性较好。由1#和6#试验可以看出奥氏体化温度和保温时间的升高，材料的组织由细密组织，转变为较多铁素体分布组织。由3#和9#，4#和7#可以看出随着奥氏体化温度增高，铁素体的量也在增大，组织细密程度减小，从而可以看出奥氏体化温度不宜过高。

对试样进行综合分析可以看出1#为典型的回火索氏体组织，在铁素体基体中均匀分布着细粒状渗碳体，组织分布较均匀，同时，力学性能也最理想。

4 结论

通过正交试验和数据分析，最佳热处理工艺为830℃保温40min，然后进行水雾淬火，最后回火处理550℃保温120min，得到的样品性能为：硬度38.5HRC，冲击韧性165J/cm2，金相组织为回火索氏体。

图5 各组试验样品1000×照片