耐磨钢板为了使生产工艺简单化,节省铸钢成本,增加钢材的强韧性和耐磨性,在铸钢过程中优化合金的化学成分,并采用先进的熔炼技术、钢液净化技术以及热处理工艺,以硅作为合金的主要元素,碳钢或者硅钢的下脚料为原材料,研发了一种新型的高硅耐磨铸钢方式。经过气体渗碳和淬火低温回火后,23CrNi3Mo钢表面具有较高的疲劳强度,心部则具有优良的综合力学性能,经常被用来生产钎具这类承受重载和强烈磨损的工具或零件。热处理是凿岩钎具生产制造过程中不可缺少的一道重要工序,优化凿岩钎具生产过程中的热处理工艺对于提高钎具的服役寿命和使用性能仍具有广阔的发展空间。

耐磨钢板分别对于淬火和回火这两项最重要的钎具生产中的热处理工艺设计了优化方案,并对热处理工艺和其对应的组织、力学性能之间的联系进行了系统的研究。通过洛氏硬度测试、室温夏比冲击试验、金相显微观察等手段,阐述了不同温度组合的淬火回火方案对于23CrNi3Mo钎钢内部显微组织和力学性能的演变规律,并在此基础上得到此种钎钢的最佳热处理方案。

实验结果表明,实验钎钢在一定的淬火温度范围内,韧性随淬火温度的升高而升高;在180℃回火后可以获得细小的板条马氏体组织,硬度和夏比冲击功均达到最高值;在250℃～400℃回火会产生严重的回火脆性;耐磨钢板在420℃～480℃这个温度区间回火时实验钢会产生二次硬化现象。硬质阳极氧化,得到硬度高,耐蚀性好,且又具有良好自润滑性能的PTFE-Al2O3复合膜。本课题分两步实验完成,第一步在15-5PH不锈钢表面浸铝,制得适合硬质阳极氧化的浸铝层。经过反复试验比较,15-5PH不锈钢最佳浸铝工艺主要参数为:碱洗,酸洗并助镀,浸镀温度范围在630℃～720℃,浸镀时间4min,提升速度约80mm/s,覆盖剂采用NaCl、KCl、Na3AlF6及少量碳渣。制得的浸铝镀层由中间合金层和最外层的铝层组成。硬质阳极氧化时,氧化工艺参数为:硫酸浓度18～20%,氧化温度-4～0℃,电流密度2～4A/dm2,氧化时间40～60min,PTFE含量10～25%,最终制得PTFE-Al2O3复合膜。实验对浸铝层和PTFE-Al2O3复合膜都进行了截面SEM和EDS分析,并研究了各工艺指标对浸铝层和PTFE-Al2O3复合膜性能的影响。其它工艺条件相同,温度低于720℃时,耐磨钢板随着浸镀温度的升高,浸镀层厚度增加,但高于此温度时,浸镀层厚度不再增加并约有减小。若要以得到较厚浸铝层为目的,浸镀时间以4min最佳。通过对得到的硬质阳极氧化膜的SEM分析表明,复合膜层比普通的氧化膜层致密很多。进一步通过膜的EDS可以看出,该膜主要由铝和氧组成,此外含有少量氟。

这充分说明电解液中的PTFE微粒已进入氧化膜的微孔内,从而使得它的内部组织比普通氧化膜致密得多。在NaCl水溶液中对PTFE-Al2O3复合膜和普通Al2O3氧化膜进行耐腐蚀性试验,结果表明,PTFE-Al2O3复合膜的耐蚀性远远优于普通Al2O3膜氧化膜。在摩擦试验机上进行的耐磨性实验表明,复合膜的摩擦因数与电解液中PTFE浓度有密切关系,PTFE含量增加,摩擦因数会降低,当浓度超过25%时,摩擦因数变化不再明显耐磨钢板。