El papel de varios elementos en acero martensítico resistente al desgaste de alta resistencia

Aproximadamente el 80% de las fallas de las piezas mecánicas son causadas o inducidas por diversas formas de desgaste. Las fallas por abrasión no solo causan un gran desperdicio de recursos, sino que también pueden causar directamente enormes pérdidas económicas. Las piezas mecánicas no solo requieren una alta resistencia al desgaste, sino que también deben tener una alta tenacidad al impacto para satisfacer las necesidades de la ingeniería mecánica moderna. Por lo tanto, es una forma importante de reducir la falla de las piezas mecánicas para desarrollar una nueva generación de acero resistente al desgaste con estructura martensítica combinada con tecnología de laminación moderna y preparar materiales resistentes al desgaste de microaleaciones bajas en carbono de alta resistencia y alta tenacidad.

De acuerdo con los requisitos de rendimiento del acero resistente al desgaste, se diseña una composición química razonable del acero resistente al desgaste, y los elementos como C medio, Mn bajo, Si, Nb, Ni, Cr, Mo, V, B son utilizado para la aleación, de modo que el acero tenga una calidad relativamente alta después del temple. Alta dureza y suficiente plasticidad y tenacidad aseguran que el material tenga buena templabilidad, templabilidad y resistencia al desgaste. Las funciones específicas de cada elemento en acero resistente al desgaste son las siguientes:

• carbón. El carbono es un elemento importante que afecta la resistencia, dureza, tenacidad y templabilidad del acero resistente al desgaste, y también es el elemento más importante que afecta la microestructura del acero. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta la dureza del acero, la tenacidad al impacto disminuye significativamente y la resistencia al desgaste mejora gradualmente.
• manganeso. El manganeso y el hierro forman una solución sólida para aumentar la dureza y la resistencia de la ferrita y la austenita en el acero, y aumentan considerablemente la templabilidad del acero. Después del enfriamiento, es fácil obtener una estructura de martensita. Debido al efecto fortalecedor del manganeso, la matriz y los carburos se refuerzan, aumentando así la rigidez y la dureza.
• silicio. El silicio existe en la austenita en forma de solución sólida, que puede aumentar la resistencia de la solución sólida en el acero, mejorando así la resistencia al desgaste del acero, pero un contenido de silicio demasiado alto reducirá significativamente la plasticidad, tenacidad y ductilidad de el acero.
• cromo. El cromo es beneficioso para el fortalecimiento del acero en solución sólida y es adecuado para la formación de carburos, mejorando así la resistencia a altas temperaturas, la dureza y la resistencia al desgaste del acero. El cromo aumenta la templabilidad del acero, especialmente cuando se combina correctamente con manganeso y silicio, puede mejorar enormemente la templabilidad, pero al mismo tiempo también aumenta la tendencia del acero a templar la fragilidad.
• níquel. El níquel es el principal elemento de aleación que forma y estabiliza la austenita. Agregar una cierta cantidad de níquel puede mejorar la templabilidad, de modo que la estructura de acero retenga una pequeña cantidad de austenita retenida a temperatura ambiente para mejorar su tenacidad.
• molibdeno. El molibdeno puede refinar eficazmente la estructura en acero de baja aleación resistente al desgaste, prevenir la aparición de fragilidad por temple, inhibir fuertemente la transformación de austenita en perlita durante el tratamiento térmico, estabilizar la estructura tratada térmicamente y mejorar la tenacidad al impacto.
• boro. Se puede adsorber una pequeña cantidad de boro en el límite del grano de austenita, reducir la energía del límite del grano y mejorar la templabilidad del acero. El acero bainítico enfriado por aire se puede obtener con la cooperación de manganeso.
• Titanio, vanadio. Los elementos de microaleación de titanio y vanadio mejoran la resistencia a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento de la precipitación, pero el mecanismo de acción y el grado de fortalecimiento de cada elemento son diferentes. La adición de elementos compuestos de microaleaciones ha demostrado tener un impacto mucho mayor en el rendimiento del acero que la adición de un solo elemento, que es el resultado de la interacción entre los elementos.

Optimizando el diseño de la composición química del acero resistente al desgaste y considerando completamente la interacción entre los elementos de aleación, se obtienen dos materiales de acero martensítico resistentes al desgaste con dos niveles de resistencia. Los resultados preliminares de la investigación muestran que estas dos microestructuras refinadas de malla martensítica pueden obtenerse en el proceso de laminado en dos etapas de laminado controlado y enfriamiento controlado, lo que simplifica el proceso y no existe una diferencia obvia entre las dos microestructuras.

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