钼含量对精铸热锻模具钢高温磨损性能的影响

　　铸造热锻模具由于性能好、寿命长、经济效益明显，在国外已经得到广泛应用，而国内由于钢的合金化不合理、高温耐磨性差，导致模具寿命低，使铸造锻模的应用受到限制[1-2]。 钢的力学性能是由钢中合金元素的种类、含量及显微组织决定的。合金元素 Mo 明显影响精铸热锻模具钢高温磨损性能， 适当的 Mo 含量能明显降低铸钢比磨损率，大大提高铸钢高温耐磨性[3-5]。 本文通过调整钢中合金元素 Mo 的含量， 研究金相组织的变化， 分析Mo 对精铸热锻模具钢高温磨损行为的影响及作用，以便获得新型高耐磨性的精铸热锻模具钢。

　　1 实验材料及方法

　　1.1 实验材料

　　采用新型铸造热锻模具钢， 其统计的基本化学成分如表 1 所示。

　　1.2 实验方法

　　新型铸造热锻模具钢在 250kg 中频感应炉中熔炼，在砂型中浇注出楔形试样，经退火后再机械加成 准7mm×120mm 圆柱形试样，用磨床精磨，再经线切割切成标准 准6mm×12mm 销，采用 1080℃正火+1020℃淬火(保温 40min， 油冷)+440℃回火(保温 2h，空冷)得到最终磨损试样。

　　采用 Cr12MoV 钢加工成 准70mm×8mm 的对磨盘，淬火回火后硬度为 58HRC。采用 JXA-840A型 SEM 扫描电镜(附带 JSM-840A 电子探针分析仪)观察产物微观形貌，并定性分析产物成分。 采用 HR-150A 型洛氏硬度计分别测量销试样在淬火和回火后的硬度值。

　　高温磨损试验在 MG-2000 型销-盘式高温摩擦磨损试验机上进行。实验条件为：干滑动摩擦磨损条件;实验温度 400℃;载荷为 160N，滑动速度为 1m/s，每次实验时间为 20min，每次滑行距离 d约为 1.2×103m。

　　高温磨损试验的磨损量用称量法来确定，用电子分析天平 E180(精度为 0.01mg)称量试样在磨损前后的质量，求出磨损质量损失 Δm，每个规范取三个试样的平均值，比磨损率根据下式计算：

　　2 实验结果及讨论

　　2.1 钼含量对铸钢磨损行为的影响

　　图 1 示出了铸钢比磨损率、 硬度与钢中 Mo含量的关系。由图可知：铸钢的硬度随 Mo 含量的增加，逐渐降低，到 Mo 含量达到 3.0%时，硬度相对最低，继续增加 Mo 含量，铸钢的硬度又逐渐升高; 高温下铸钢比磨损率的变化趋势和硬度的变化相对应，随着硬度降低而减小，随着硬度的升高而增大。这也说明并不一定越硬的钢就越耐磨，相反硬度最低时比磨损率却最小，耐磨性最好;硬度最高时比磨损率却最大，耐磨性反而最差。

　　2.2 磨面形貌及能谱分析

　　由图 2 可知， 不同钼含量铸钢高温滑动干摩擦磨损的表面形貌不同， 铸钢磨损表面剥落程度不同， 且氧化物形态存在明显差异。 含钼量较低时，铸钢高温磨面剥落面积大，表面氧化物粗大，裂痕较深，如图 2(a)所示。 随钼含量增加，铸钢高温磨损时表面疲劳剥落程度减轻，剥落面积小，表面氧化物成颗粒状，如图 2(b)所示。 钼含量过多时，铸钢磨面剥落坑较深，剥落面积较大，表面氧化物成松散絮状，如图 2(c)所示。