耐磨鋼板為了使生產工藝簡單化,節省鑄鋼成本,增加鋼材的強韌性和耐磨性,在鑄鋼過程中優化合金的化學成分,并采用先進的熔煉技術、鋼液凈化技術以及熱處理工藝,以硅作為合金的主要元素,碳鋼或者硅鋼的下腳料為原材料,研發了一種新型的高硅耐磨鑄鋼方式。經過氣體滲碳和淬火低溫回火后,23CrNi3Mo鋼表面具有較高的疲勞強度,心部則具有優良的綜合力學性能,經常被用來生產釬具這類承受重載和強烈磨損的工具或零件。熱處理是鑿巖釬具生產制造過程中不可缺少的一道重要工序,優化鑿巖釬具生產過程中的熱處理工藝對于提高釬具的服役壽命和使用性能仍具有廣闊的發展空間。

耐磨鋼板分別對于淬火和回火這兩項最重要的釬具生產中的熱處理工藝設計了優化方案,并對熱處理工藝和其對應的組織、力學性能之間的聯系進行了系統的研究。通過洛氏硬度測試、室溫夏比沖擊試驗、金相顯微觀察等手段,闡述了不同溫度組合的淬火回火方案對于23CrNi3Mo釬鋼內部顯微組織和力學性能的演變規律,并在此基礎上得到此種釬鋼的最佳熱處理方案。

實驗結果表明,實驗釬鋼在一定的淬火溫度范圍內,韌性隨淬火溫度的升高而升高;在180℃回火后可以獲得細小的板條馬氏體組織,硬度和夏比沖擊功均達到最高值;在250℃～400℃回火會產生嚴重的回火脆性;耐磨鋼板在420℃～480℃這個溫度區間回火時實驗鋼會產生二次硬化現象。硬質陽極氧化,得到硬度高,耐蝕性好,且又具有良好自潤滑性能的PTFE-Al2O3復合膜。本課題分兩步實驗完成,第一步在15-5PH不銹鋼表面浸鋁,制得適合硬質陽極氧化的浸鋁層。經過反復試驗比較,15-5PH不銹鋼最佳浸鋁工藝主要參數為:堿洗,酸洗并助鍍,浸鍍溫度范圍在630℃～720℃,浸鍍時間4min,提升速度約80mm/s,覆蓋劑采用NaCl、KCl、Na3AlF6及少量碳渣。制得的浸鋁鍍層由中間合金層和最外層的鋁層組成。硬質陽極氧化時,氧化工藝參數為:硫酸濃度18～20%,氧化溫度-4～0℃,電流密度2～4A/dm2,氧化時間40～60min,PTFE含量10～25%,最終制得PTFE-Al2O3復合膜。實驗對浸鋁層和PTFE-Al2O3復合膜都進行了截面SEM和EDS分析,并研究了各工藝指標對浸鋁層和PTFE-Al2O3復合膜性能的影響。其它工藝條件相同,溫度低于720℃時,耐磨鋼板隨著浸鍍溫度的升高,浸鍍層厚度增加,但高于此溫度時,浸鍍層厚度不再增加并約有減小。若要以得到較厚浸鋁層為目的,浸鍍時間以4min最佳。通過對得到的硬質陽極氧化膜的SEM分析表明,復合膜層比普通的氧化膜層致密很多。進一步通過膜的EDS可以看出,該膜主要由鋁和氧組成,此外含有少量氟。

這充分說明電解液中的PTFE微粒已進入氧化膜的微孔內,從而使得它的內部組織比普通氧化膜致密得多。在NaCl水溶液中對PTFE-Al2O3復合膜和普通Al2O3氧化膜進行耐腐蝕性試驗,結果表明,PTFE-Al2O3復合膜的耐蝕性遠遠優于普通Al2O3膜氧化膜。在摩擦試驗機上進行的耐磨性實驗表明,復合膜的摩擦因數與電解液中PTFE濃度有密切關系,PTFE含量增加,摩擦因數會降低,當濃度超過25%時,摩擦因數變化不再明顯耐磨鋼板。