問：耐磨復合材料有哪些？ 返回常見問題解答

我國目前通用的耐磨材料有以下幾大系列：

一是高錳鋼系列：如高錳鋼（ZGMn13）、

高錳合金（ZGMn13Cr2MoRe）、超高錳合金（ZGMn18Cr2MoRe）等；

二是抗磨鉻鑄鐵系列：如高、中、低鉻合金鑄鐵（如Cr15MOZCu）；

三是耐磨合金鋼系列:如中、低、高碳多元金合鋼（如ZG40SiMnCrMO和ZG35Cr2MoNiRe）；

四是奧貝球鐵（ADI）系列；

五是各類復合或梯度材料及硬質合金材料：如碳化鉻復合材料（Cr2C3+Q235）、高能離子注滲碳化鎢材料（WCSP）、高韌硬質合金（YK25.6）等；六是各類非金屬耐磨材料：如聚合陶瓷復合材料、氮化硅（Si3N4）、增韌氧化鋯（Y2O3+ZrO2）、增韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）等。 不同系列的耐磨材料性能比較：

2．2．1 高錳鋼系列：其代表為高錳鋼ZGMn13。在承受劇烈沖擊或接觸應力下，其表面會迅速硬化，而芯部仍保持極強的韌性，外硬內韌既抗磨損又抗沖擊。且表面受沖擊越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好。由于高錳鋼自身硬度很低（HB170-230），在未硬化時耐磨性是極其有限的，若高錳鋼件表面所承受沖擊力不足，則表面不能充分硬化（充分硬化后表面硬度可達HB550以上，反之則在HB350以下）則耐磨性無從發揮，而呈現出不耐磨狀況。

2．2．2 抗磨高鉻鑄鐵系列：按組織結構和使用情況，鉻系鑄鐵可以分為三大類：第一類為具有良好高溫性能的鉻系白口鑄鐵。這種鑄鐵含鉻量為33%，其組織多數為奧氏體和鐵鉻碳化物，有時也出現鐵素體。這種合金除具有一定的耐磨性外，在溫度不高于1050℃的高溫工作條件下，具有良好的抗氧化性能。第二類為具有良好耐磨性的鉻系白口鑄鐵（簡稱高鉻鑄鐵）。這種鑄鐵中除含有12～20%的鉻外，還含有適量的鉬。這類鑄鐵凝固后的組織為(Fe,Cr)7C3型碳化物和γ相。當基體全部為馬氏體時，這種合金的耐磨性能最好。如果基體中存在殘余奧氏體，通常要進行熱處理。第三類為低鉻合金白口鑄鐵。與普通白口鑄鐵相比，這種鑄鐵中碳化物的穩定性更好。［2］

2．2．3 耐磨合金鋼系列：又分為低合金鋼、中、高合金鋼。耐磨合金鋼可通過調控化學成份和熱處理工藝獲得必要的材料的沖擊韌度和硬度指標。硬度可達HRC=52～58，韌性可達到ak=15～30J/cm2。

2．2．4 奧貝球鐵（ADI）系列：它是通過等溫淬火熱處理或加入合金元素，使球鐵基體組織由鐵素體、珠光體轉變為奧鐵體、貝氏體和殘余奧氏體。ADI具有以下一些獨特的優點：①強度高、塑性好。②彎曲疲勞和接觸疲勞等動載性能高。ADI的旋轉彎曲疲勞強度可達400～500MPa，與調質處理低合金鋼相當，ADI的接觸疲勞強度可達1600～2100MPa，比低合金鋼氮化處理和滲碳處理的接觸疲勞強度高。③吸震性好。ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收震動并增大了噪音阻尼，使部件的運行更安靜和平穩。④極好的耐磨、抗磨性。ADI的耐磨性能，比任何同等硬度水平的鋼都好。⑤加工性能好：ADI大部分機械加工可以在等溫淬火前完成，此時一般為鐵素體球鐵，其加工性能顯著好于鋼。

2．2．5 復合或梯度材料系列：其代表是高能離子注滲碳化鎢材料（WCSP）和碳化鉻復合材料（Cr2C3+Q235）。滲碳化鎢材料（WCSP）是采用高能離子注滲技術向鋼鐵零部件表層注滲碳化鎢(WC).WC和鋼基體兩者是冶金結合，優勢互補。表面具有WC的高硬度，高耐磨性。心部則保留了所選鋼基體原來的硬度、強度和韌性。在表層與心部之間還存在一個性能漸變的梯度過渡區，有效地避免了性能突變時可能引起的材料破壞。［3］

錘用硬質合金：相對于高錳鋼和高鉻合金鋼，錘用硬質合金具有更高的硬度和耐磨性。

YK26.5: 密度:14.58（g/cm3）；硬度（CHRA）: 87.5；抗彎強度: 2650（MPa）；斷裂韌性: 12——16（MPam1/2）

2．2．6 非金屬耐磨材料系列

非金屬耐磨材料種類很多，其代表材料有陶瓷復合材料、碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、增韌氧化鋯（Y2O3+ZrO2）、增韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）等。

陶瓷復合材料：陶瓷是金屬元素和非金屬元素組成的晶體或非晶體化合物，熔點高、硬度高、剛度強、化學穩定性好。耐磨陶瓷涂料是一種非金屬膠凝材料，它是采用耐酸和耐堿的人工合成的粉狀陶瓷材料。

特點：

（1）高的機械強度和剛度：密度大，強度可達130Mpa，能有效抵御物料的沖擊力和剪切應力.

(2)優良的韌性和抗震性：由于陶瓷耐磨料采用無定向剛纖維和定向網狀增強措施，通過耦合進一步改善韌性，所以斷裂韌性強，可有效防止沖擊力造成的破損和剝落.

(3)環境相容性好.［4］

強韌化陶瓷：其代表為增韌氧化鋯（Y2O3+ZrO2）、增韌三氧化二鋁（Al2O3/ZrO2）等結構性陶瓷。具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、高強度、高硬度等優點。

可適應金屬和高分子材料難以承受的環境和工況條件。具體指標如下：

材料 強韌氧化鋯 強韌三氧化二鋁 氮化硅

組成 Y2O3+ZrO2 Al2O3/ZrO2 Si3N4

密度g/cm3 6—6.05 3——4.5 3.2

硬度CHRA 89 85——88 93

抗彎強度MPa1000—1200 300—500 900

斷裂韌性MPam1/212—14 5—7 8.5