一．前言
據(jù)統(tǒng)計，我國每年消耗的金屬耐磨材料約 300 萬噸以上，其中僅冶金礦山消耗的襯板就達 10 萬噸左右。目前我國各類礦山磨機等選礦山用磨機等選礦設(shè)備中的襯板等易損件一般都用 ZGMn13 高錳鋼材質(zhì)。這類易損件在使用時要承受一定的沖擊和磨料磨損，因此其材質(zhì)應(yīng)具良好的抗磨性能和一定的沖擊韌性。 ZGMn13 奧氏體高錳鋼的沖擊韌性很高（ ak 達 200J/cm2 ），原始硬度不超過 HB230 ，但在高的沖擊負荷作用下，工作表面層能夠產(chǎn)生硬化效應(yīng)，其表面硬度可達 HRC42-48 ，而中心仍保持優(yōu)良的韌性。但如果服役時沖擊能量不夠，奧氏體高錳鋼表面沖擊硬化效應(yīng)不能充分產(chǎn)生，高錳鋼表面達不到高硬度，則工體很快磨損。同時高錳鋼的屈服極限（δ 0.2 ）較低（約為 350Mpa 左右），在使用中，尤其是使用前期工件易發(fā)生塑性變形。另外球磨機襯板與研磨介質(zhì)（如磨球）之間還存在一個硬度匹配問題，研磨介質(zhì)硬度一般應(yīng)高于襯板硬度 HRC3 左右較宜，但目前很多廠礦使用的低鉻鑄鐵、高鉻鑄鐵磨球的硬度大大高于高錳鋼材板硬度。高錳鋼在低沖擊負荷下的上述不足常常導(dǎo)致工件的韌性有余而耐磨性不夠，磨損失效快，而且變形嚴(yán)重，致使工體壽命短。Cr>11% 的高鉻白口鑄鐵的共晶碳化物為六方晶系的 M7C3 ，（ CrFe ） 7C3 硬度為 HRM501200-1800 ，比一般白口鑄鐵的共晶碳化物 Fe3C3 （ HRV50840-1100 ）高，同時凝固時（ CrFe ） 7C3 是孤立相，而奧氏體是連續(xù)相，因而韌性較普通白口鑄鐵大有改善，因此是搞磨粒磨損和抗切削磨損的首選材料。國外應(yīng)用較多，主要用于中低沖擊負荷工況條件的襯板、錘頭、磨球、渣漿泵過流部件等大中型磨損件。國內(nèi)外對高鉻鑄鐵的磨損機制、斷裂機制、斷裂韌性（ K1c 值）、裂紋擴展機理進行了一系列的研究，結(jié)果表明高鉻鑄鐵可通過調(diào)整碳化物的大小和形態(tài)、二次碳化物量及彌散度以及基體組織（馬氏體、奧氏體、索氏體），從而調(diào)整性能、滿足工作使用要求。近年來國內(nèi)有關(guān)單位也開展了高鉻鑄鐵襯板的研究，其耐磨性可達同工況下高錳鋼的 2 倍以上。但這些材料的韌性仍嫌較低（ 10 × 10 × 55mm 無缺口試樣的沖擊值≤ 7.3J/cm2 ）而且含鉬、銅等合金元素，生產(chǎn)成本較高。因此這類高鉻鑄鐵仍有待進一步改進和完善。
二．高鉻鑄鐵的成分設(shè)計
1 ．碳和鉻
碳和鉻的主要作用是保證鑄鐵中碳化物數(shù)量和形態(tài)。隨著 C 量提高，碳化物增多；隨著 Cr/C 比的增加，共晶碳化物的形貌經(jīng)歷了由連續(xù)網(wǎng)狀→片狀→桿狀連續(xù)程度減小的過程，共晶碳化物晶體類型經(jīng)歷由 M3C → M3C+M7C3 → M7C3 的變化過程。有資料指出：當(dāng)共晶碳化物不變，且 Cr/C 為 6.6-7.1 時，同鉻鑄鐵的斷裂紋擴展能力最強。根據(jù)這些原理，宜將 C 量定為 3.1-3.6% ， Cr 量為 20-25% �；w中的 Cr 還可以提高材料的淬透性。
2 ．鎳
其作用是增加高鉻鑄鐵的淬透性，抑制奧氏體基體向珠光體的轉(zhuǎn)變，促進馬氏體基的形成。
3 ．鎢
其作用是細化晶粒，提高硬度，增加耐磨性。
4 ．高效稀土復(fù)合變質(zhì)劑
其作用是脫氧和去硫，從而抑制夾雜物在晶界的偏聚，改善晶界狀況；另外，由于稀土元素偏聚、吸附在碳化物擇優(yōu)長大的方向上，使碳化物的生長受 |
