耐摩耗性鋼鋳物の熱処理

耐摩耗性（または耐摩耗性）鋳鋼とは、耐摩耗性に優れた鋳鋼を指します。化学組成に応じて、非合金、低合金、合金の耐摩耗性鋳鋼に分けられます。耐摩耗鋼には多くの種類があり、高マンガン鋼、中低合金耐摩耗鋼、クロムモリブデンケイ素マンガン鋼、耐キャビテーション鋼、耐摩耗鋼、そして特殊な耐摩耗鋼。ステンレス鋼、軸受鋼、合金工具鋼、合金構造用鋼などの一般合金鋼の一部も、特定の条件下では耐摩耗鋼として使用されます。

中合金および低合金の耐摩耗鋼には、通常、シリコン、マンガン、クロム、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニッケル、チタン、ホウ素、銅、希土類などの化学元素が含まれています。多くの大型および中型ボールのライナーには、米国の工場はクロム-モリブデン-シリコ-マンガン鋼またはクロム-モリブデン鋼で作られています。米国のほとんどの研削ボールは中炭素および高炭素クロムモリブデン鋼で作られています。比較的高温（例：200～500℃）で摩耗するワークや摩擦熱により表面が比較的高温になるワークには、クロムモリブデンバナジウム、クロムモリブデンバナジウムニッケル、クロムモリブデンバナジウムタングステンなどの合金が適しています。使用できます。

摩耗とは、物体の作業面上の材料が相対運動によって継続的に破壊または消失する現象です。摩耗は摩耗メカニズムによって、アブレシブ摩耗、凝着摩耗、腐食摩耗、エロージョン摩耗、接触疲労摩耗、衝撃摩耗、フレッチング摩耗などのカテゴリに分類できます。産業分野では、ワークピースの摩耗故障の中で最も大きな割合を占めるのは摩耗摩耗と凝着摩耗であり、エロージョン、腐食、疲労、フレッチングなどの摩耗故障モードは、一部の重要なコンポーネントの動作中に発生する傾向があるため、これらの摩耗故障モードは増加傾向にあります。そしてさらなる注目。作業条件下では、複数の形式の摩耗が同時にまたは次々に発生することが多く、摩耗故障の相互作用はより複雑な形をとります。ワークピースの摩耗破壊の種類を判断することは、耐摩耗鋼の合理的な選択または開発の基礎となります。

さらに、部品やコンポーネントの磨耗はシステムエンジニアリングの問題です。摩耗に影響を与える要因には、作業条件（荷重、速度、動作モード）、潤滑条件、環境要因（湿度、温度、周囲の媒体など）、材料要因（組成、組織、機械的特性）、表面などがあります。部品の品質と物理的および化学的特性。これらの各要因が変化すると、摩耗の量が変化し、さらには摩耗のメカニズムが変化する可能性があります。材料要因はワークの摩耗に影響を与える要因の 1 つにすぎないことがわかります。鋼部品の耐摩耗性を向上させるには、望ましい効果を達成するために、特定の条件下で摩擦摩耗システム全体から始める必要があります。

1. 耐摩耗性高マンガン鋼鋳物の溶体化熱処理（水強化処理）

耐摩耗性高マンガン鋼の鋳放し組織には、多数の炭化物が析出しています。これらの炭化物は鋳物の靭性を低下させ、使用中に破損しやすくします。高マンガン鋼鋳物の溶体化熱処理の主な目的は、鋳放し組織および結晶粒界の炭化物を除去して、単相オーステナイト組織を得ることです。これにより、高マンガン鋼の強度と靱性を向上させることができ、高マンガン鋼鋳物はより幅広い分野に適しています。

耐摩耗性高マンガン鋼鋳物の溶体化熱処理は、大きくいくつかのステップに分けられます。鋳物を1040℃以上に加熱し、適切な時間保持して、鋳物中の炭化物を単相オーステナイトに完全に溶解します。 ;その後急冷し、オーステナイト固溶体組織を得る。この溶体化処理は水強化処理とも呼ばれます。

(1) 水強化処理の温度

水靱性温度は高マンガン鋼の化学組成に依存し、通常は1050℃〜1100℃です。高炭素含有量または高合金含有量の高マンガン鋼 (ZG120Mn13Cr2 鋼や ZG120Mn17 鋼など) は、水靱性温度の上限を取る必要があります。しかし、水靱性温度が高すぎると、鋳物の表面に深刻な脱炭が発生し、高マンガン鋼の粒子が急速に成長し、高マンガン鋼の性能に影響を及ぼします。

(2) 水強化処理の昇温速度

マンガン鋼の熱伝導率は一般の炭素鋼に比べて悪いです。高マンガン鋼鋳物は応力が高く、加熱すると割れやすいため、鋳物の肉厚や形状に応じて昇温速度を決定する必要があります。一般的に言えば、肉厚が薄く、構造が単純な鋳物ほど、より速い速度で加熱できます。肉厚が厚く、構造が複雑な鋳物はゆっくりと加熱する必要があります。実際の熱処理工程では、加熱時の鋳物の変形や割れを軽減するために、鋳物の内部と外部の温度差を小さくし、内部の温度を下げるために650℃程度まで加熱するのが一般的です。炉内は均一になり、すぐに水靱性温度まで上昇します。

(3) 水強化処理の保持時間

水強化処理の保持時間は、鋳放し組織内の炭化物の完全な溶解とオーステナイト組織の均質化を確実にするために、主に鋳物の壁の厚さに依存します。通常の状況では、肉厚が 25 mm 増加するごとに保持時間を 1 時間増やすことで計算できます。

(4) 水強化処理の冷却

冷却プロセスは鋳物の性能指数と構造に大きな影響を与えます。水強化処理中は、炭化物の再析出を防ぐために、水に入る前の鋳物の温度を 950°C 以上にする必要があります。このため、炉から鋳出してから水に入るまでの時間間隔は 30 秒を超えてはなりません。鋳物が水に入る前の水温は30℃未満である必要があり、水に入った後の最高水温は50℃を超えてはなりません。

(5) 水強化処理後の超硬

水強化処理後、高マンガン鋼中の炭化物が完全に除去されると、このとき得られる金属組織は単一オーステナイト組織となる。しかし、このような構造は薄肉の鋳物でのみ得られます。一般に、オーステナイト粒内または粒界に少量の炭化物が存在することは許容されます。未溶解炭化物や析出炭化物は、再度熱処理することにより除去することができる。ただし、水強化処理時の加熱温度が高すぎることにより析出した共晶炭化物は許容できません。共晶炭化物は再熱処理では除去できないためです。

 

2. 耐摩耗性高ハンガン鋼鋳物の析出強化熱処理

耐摩耗性高マンガン鋼の析出強化熱処理とは、熱処理により一定量の炭化物形成元素（モリブデン、タングステン、バナジウム、チタン、ニオブ、クロムなど）を添加し、一定の量とサイズの炭化物を得る処理を指します。高マンガン鋼 分散した炭化物粒子の第 2 相。この熱処理により、オーステナイトマトリックスが強化され、高マンガン鋼の耐摩耗性が向上します。

3. 耐摩耗性中クロム鋼鋳物の熱処理

耐摩耗性中クロム鋼鋳物の熱処理の目的は、高強度、靱性、高硬度を備えたマルテンサイトマトリックス組織を得て、鋼鋳物の強度、靱性、耐摩耗性を向上させることです。

耐摩耗性中クロム鋼はクロム元素を多く含み、焼入性が高くなります。そのため、通常の熱処理方法は、950℃～1000℃でオーステナイト化を行った後、焼入れ処理を行い、適時に焼き戻し処理（通常200～300℃）を行うこととなります。

 

4. 耐摩耗性低合金鋼鋳物の熱処理

耐摩耗性低合金鋼鋳物は、合金組成と炭素含有量に応じて、水中焼入れ、油中焼入れ、空気焼入れによって処理されます。パーライト系耐摩耗​​鋳鋼に焼きならし＋焼き戻し熱処理を採用。

高い強度、靱性、硬度を備えたマルテンサイト基地を獲得し、鋳鋼の耐摩耗性を向上させるために、耐摩耗性低合金鋼鋳物は通常、850〜950℃で焼き入れされ、200〜300℃で焼き戻されます。 。