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user: 3. 国内耐磨材料现状 3.1. 耐磨钢铁材料 3.1.1. 奥氏体耐磨锰钢 目前，Mnl3奥氏体锰钢仍是国内外生产和应用的主要系列，在日本等国家以屈服强度和耐磨性较高的Mnl3Cr2耐磨钢为主。奥氏体锰钢具有高韧性、易加工硬化等特点，在如圆锥式破碎机轧臼壁和破碎壁、旋回式破碎机衬板、大中型颚式破碎机颚板、大型锤式破碎机锤头以及大中型湿式矿山球磨机衬板等冲击载荷磨料磨损工况下，奥氏体锰钢依旧是主力耐磨钢材。标准化的出现说明奥氏体锰钢体系已较为成熟，奥氏体锰钢铸件国际标准(ISO 1352l:1999)于1999年被制定，我国则制订了高锰钢铸件国家标准(GB/T5680-2010)和铸造高锰钢金相国家标准(GB/T 13925-2010)，为了突出高锰高韧性的特点，我国高锰钢铸件在国标中特别标出不含Mo、Ni的两个牌号ZGMnl3-2和ZGMnl3-3的冲击韧性αku ≥ 147 J/cm 2 [ 4 ] 。 近年来，随着奥氏体锰钢制备的技术的不断进步，在其生产过程中可准确有效的控制Si和P含量，特别是限制P含量，部分出口锰钢P含量可低于0.04%。在高锰钢中添加V、Ti、Nb和Re等微量元素，可有效减少铸造高锰钢的夹渣，避免柱状晶和晶粒粗大。超高锰钢Mnl7(Mnl8)和Mn25等也得到生产和应用，其中碳含量为1.2%的120 Mn17钢被列入了奥氏体锰钢铸件国际标准。超高锰钢能够改善水韧处理后大断面厚锰钢韧性降低问题及锰钢低温韧性差等问题。但超高锰钢大冲击载荷磨料磨损工况下的耐磨性以及怎样选择相关的Mn、C含量及其配比等关键问题缺乏实际应用验证，尚待进一步研究。如何提高耐磨性并保持良好的冲击韧性是奥氏体锰钢发展的一个重要方向 [ 5 ] 。 3.1.2. 耐磨白口铸铁 耐磨白口铸铁由最初的普通白口铸铁发展出了镍硬铸铁和高铬铸铁，镍硬铸铁和高铬铸铁已成功的到较为广泛的应用。1928年Climax国际镍公司通过在普通白口铸铁中加入3.0%~5.0%Ni和1.5%~3.0%Cr，研制出铸态组织为(Fe， Cr)3C + 马氏体 + 奥氏体的镍硬铸铁。在铬含量较高的镍硬Ⅳ型铸铁中，由于部分M7C3型碳化物的存在阻碍了碳化物的网状分布，使其韧性得到改善。较普通白口铸铁，镍硬白口铸铁在强度、硬度和耐磨性方面更优，且生产工艺简单，但由于其碳化物主要构成是脆性较大的连续片状渗碳体，故较早广泛应用于泥浆泵泵体、球磨机衬板、磨煤机磨辊和冶金轧辊等。近来研究发现通过改进热处理方法，可获得贝氏体+回火马氏体组织镍硬铸铁，具备较高抗磨料磨损能力并保持良好力学性能。国外研究发现可通过Mn、Cu代替部分Ni，得到相同的性能 [ 6 ] 。 与镍硬铸铁同一时期出现的高铬铸铁的研究已取得了很大进展。研究表明，通过在高铬铸铁中加入一定量的V，可略去高温热处理工艺，直接制得高硬度的马氏体铸态组织，简化了生产流程 [ 7 ] ；通过在高铬铸铁中添加适量B并采用适当的热处理工艺，可以细化高铬铸铁中碳化物，增加基体的淬透性，在提高高铬铸铁的硬度的同时并改善其韧性，从而增加材料的耐磨性 [ 8 ] 。目前用于提高高铬铸铁韧性的主要方法有：微合金化、除气处理、热塑性变形、高温处理、悬浮铸造和过滤处理等，其机理是将高铬铸铁中碳化物的形态变为断续状或颗粒状，以此来增加韧性，使其能够应用于较大冲击载荷下的工况。由于该方面的研究尚未取得突破，为了兼顾高铬耐磨铸铁较高的硬度与良好的韧性，研发了多种镶铸工艺 [ 9 ] 。 3.1.3. 非锰系耐磨合金钢 非锰系耐磨合金钢根据碳含量的不同中可分为中碳、中高碳、高碳耐磨钢；根据合金元素含量不同可分为低合金、中合金和高合金耐磨钢；根据组织成分不同可分为奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体耐磨钢。目前研究的主要方向是合金钢的组织(如珠光体、贝氏体、马氏体等)与其耐磨性、强度、韧性之间的关系。此外合金钢中碳含量影响其组织成分和耐磨性，碳含量及成分组织共同决定了非锰系耐磨合金钢的耐磨性。 非锰系耐磨合金钢尤其是中碳中、低合金钢以综合提高钢的强度、硬度和韧性为主要研究方向，同时提升抗冲击及耐磨损能力。通过调整中碳中、低合金铸钢合金化、铸造工艺和热处理工艺，可改善其力学性能，应用于更多耐磨工况。此前国内外有研究者将0.30%碳含量多元低合金耐磨铸钢的硬度提高至HRC52 [ 10 ] ，目前又研发了出了兼顾高强度、高硬度及高韧性的中碳低合金铸钢，如硬度为HRC50、αku达200 J/cm 2 的钢种；硬度为HRC55、αku达100 J/cm 2 的钢种 [ 11 ] 。由于这类钢的强度与硬度大致呈正相关，可用硬度与韧性的关系来描述耐磨钢的综合性能，可通过关系式：HRC = 50 + 2.5x(1)，αku = 200 − 50x(2)，(其中x可取−1，0，1，2，3)大体上算得中碳低合金铸钢的硬度与韧性。可进一步拓宽中碳低合金铸钢的应用范围，延长使用寿命并取得更大经济效益 [ 12 ] 。 3.1.4. 耐磨损球铁 耐磨损球墨铸铁(abrasion-resistant ductile cast iron)是具有良好耐(抗)磨料磨损性能的球墨铸铁 [ 13 ] 。 具有一定韧性的高硬度马氏体耐磨球铁可通过液淬热处理制备得到，通过添加Mn等合金元素，铸造后再经过液淬热处理可制得高硬高韧的贝氏体–马氏体耐磨球铁。在国内这两类耐磨球铁已用于生产球磨机磨球和组合自固型衬板 [ 14 ] 。 等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron，简称ADI)是指一定成分的球磨铸铁经等温淬火后得到的铸铁材料，它是近30年来研发的一种高科技铸铁材料。基于ADI等温淬火球铁具备高强度、一定韧性和良好加工硬化的特点，在国内外被用于制作齿轮、凸轮轴等易磨损件 [ 15 ] 。等温淬火含碳化物球墨铸铁(CADI)，含有少量Cr元素，通过调整Cr含量可获得不同碳化物含量的CADI，CADI与ADI类似，也具有较高硬度、一定韧性和良好加工硬化特性，研发工作已收获一定成效，目前正试用于球磨机磨球 [ 16 ] 。 3.2. 耐磨复合材料 近年国内外耐磨材料研发的热点之一是钢铁基双液双金属耐磨复合材料，主要应用于一些磨损严重的工况。比利时MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”钢铁双金属复合技术(将硬度HRC > 61的高铬铸铁耐磨层与αku > 245 J/cm 2 的低碳合金钢复合) [ 17 ] ；研发出以在球铁中镶嵌高硬度高铬铁的方式，制备大型立磨磨辊的“Duocast”复合技术 [ 18 ] ；研发通过镶嵌方法在立磨高铬合金磨盘(磨辊)表层添加异质高硬颗粒的“Xwin”技术；再结合Duocast和Xwin复合技术用于制备立磨磨辊 [ 19 ] 。该种复合铸造技术在磨辊和磨盘生产和应用中取得了良好效果，是一种值得借鉴的先进技术，可进一步简化、稳定工艺和控制生产成本 [ 20 ] 。近年来以复合大锤头(I > 90 kg)为标志的高锰钢镶铸硬质合金(或耐磨铸铁)复合材料已在国内得到应用，高铬铸铁/钢双液双金属复合材料大锤头也实现了产业化。复合大锤头使用年限远高于一般高锰钢锤头，双液复合大锤头使用寿命至少提高了1倍 [ 21 ] 。 陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料日益受到国内外研究人员的关注。由于其生产成本和实际应用的限制，这类复合材料多被结合表面处理工艺制备成表层硬化复合材料。结合WC [ 22 ] 、TiC [ 23 ] 、Al 2 O 3 [ 24 ] 、SiC [ 25 ] 等陶瓷颗粒高硬、耐磨及耐高温的特性，通过调整表面复合材料技术的工艺参数，使陶瓷颗粒与钢铁(液)产生冶金结合效果，在此基础上开发出多种钢铁基表面复合材料。使用铸渗技术(重力、压力、离心力、负压条件下)，在易损件表面制备一定厚度的耐磨复合层，得到表面复合耐磨材料，可用于强烈滑动(滚动)摩擦磨损工况领域，特别是磨料磨损工况。其中WC等陶瓷颗粒增强钢铁基表面复合材料，已应用于轧钢导卫板和溜槽衬板的工业化生产 [ 26 ] 。重力铸造铸渗陶瓷颗粒增强表面复合层已现实厚度 > 15 mm，目前正在研究如何制得适用于较厚大耐磨件的多孔状A1 2 O 3 等陶瓷预制体增强钢铁基表面复合材料 [ 27 ] 。如何减少或不使用粘接剂等添加剂，得到致密的冶金结合表面复合层，如何提高复合层致密度和增加复合层厚度(>20 mm)，及如何在弧面等复杂表面上应用表层铸渗技术是铸渗表面复合技术亟需攻克的几个难点。