相關鏈接：SKD11鋼組織和沖擊磨料磨損機理深冷處理后的研究

摘 要 利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、硬度儀和拉伸試驗機進行觀察和嘗試熱處理 深冷處理 SKD11鋼在回火處理后的顯微組織、硬度和抗沖擊性能(通稱“深冷處理”)，利用MLD-10型載荷磨損試驗機對SKD11鋼沖擊磨料的磨損特性進行了檢測，并對沖擊磨料的磨損原理進行了深入分析。結果表明，SKD11鋼的深冷處理部門由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同種類的滲碳體組成，滲碳體包括碳化物滲碳體、未熔透碳體和斑點滲碳體。結果表明，SKD11鋼在深冷處理后由隱晶奧氏體、殘余奧氏體和不同種類的滲碳體組成，滲碳體包括碳化物滲碳體、未熔透碳體和斑點滲碳體。深冷處理SKD11鋼的硬度為59.2 HRC，大約16個無空缺樣品的沖擊功 J。在沖擊磨損試驗中，深冷處理的SKD11鋼磨損率隨著損壞時間的長短呈線性增加。在科學研究的磨損期內，深冷處理后的SKD11鋼早期磨損機制多為外部經濟磨損和多次形狀變化，后期磨損機制多為應變疲勞磨損。

關鍵字 SKD11鋼；深冷處理；顯微組織；斷裂韌性；沖擊磨損

破損、破損和形狀變化是磨具無效的三種具體方法，其中破損在磨具無效中所占比例較大[1]，但磨粒磨損是一種較為常見的破損方法，沖擊磨損是磨粒磨損的一種特殊方法，在沖擊磨損過程中，不僅具有沖擊錘的沖擊效果，還具有磨砂顆粒的磨損效果。為了保證模具鋼的抗沖擊磨損性能，從模具零件表面進行改性[2]、成分調節[3]、對熱處理方法的改進[4]等進行了探索，發現選擇深冷處理可以提高模具鋼的耐磨性能[5]。

研究主體為輕載場所常用的SKD11鋼，分析了SKD11鋼在深冷處理加工過程中的相互關系，探索了SKD11鋼在沖擊磨損條件下的磨損機理，為SKD11鋼的實際應用提供了參考。

如表1所示，實驗中使用的SKD11鋼成分的原始尺寸為220。 mm×60 mm×10 mm，在實驗過程中，對原試件進行熱處理 深冷處理 回火處理(俗稱“深冷處理”)，其熱處理方法為:首先將試件放入ZKL-06010雙室燃氣淬真空燒結爐中進行真空處理，真空值為2.5。 Pa，在700~750 ℃加熱1 h，再加熱至1 010 ℃后隔熱保溫1 h，油淬后立即放入-80~-70~ 在4℃的SL-600型氫罐中， 取下試件后，將試件冷卻到室內溫度，然后進行200。 ℃回火處理[6]。

使用線切割機激光切割10 mm×10 mm×30 對于mm的試件，選擇zeiss體視顯微鏡觀察深冷處理后樣品的合金成分，選擇HRSS-150型表面洛氏硬度計，在待檢測樣品表面選擇5個不同的地方進行硬度值的測量，將平均值計算為最終硬度值。

根據GB//GB/應力試件規格T 229-1984規范，選用線切割機激光切割10 mm×10 mm×55 mm無空缺試件，為了保證試驗結果的準確性，取3個試件沖擊功的平均值作為最終沖擊功[7]。

在MLD-10型載荷磨損試驗機中進行沖擊磨損試驗，上試件為深冷處理后的SKD11鋼，尺寸為10。 mm×10 mm×30 mm，GCr15鋼下試件為環形，強度為62。 HRC，耐磨材料為400目地棕剛玉砂，實驗中常用沖擊功能為4.5 J，試驗機沖擊工作頻率為60次/min[6]。試驗中，沖擊錘往復自由落體，推動試件與試件環表面碰撞，耐磨材料從試件邊緣的砂桶注入，上下試件部分沖洗干凈。使用精度為0.1 mg的電子分析天平各自的精確測量試件在2、4、6、8、10 h損壞前后質量，選擇透射鏡。（SEM）對SKD11鋼深冷處理后的機構、斷裂面的外部經濟特性和沖擊磨料磨損后的表面形狀進行觀察。

2.1 組織分析SKD11鋼深冷處理

對試件中的滲碳體進行能譜分析，以進一步把握深冷處理后不同類型滲碳體物質的成分和比例。從圖3可以知道，球形和條形滲碳體都含有C。 、Fe、Cr、V4元素表在斑點滲碳體中沒有V原素。根據表2中各元素的原子百分比，可以計算出球形和條形滲碳體中的Cr7C3。、VC、 (Fe，Cr)斑點狀滲碳體為Cr7C3C、(Fe，Cr)7C3。

2.2 SKD11鋼深冷處理后的抗沖擊性能及斷口形狀 剖析

表3顯示了SKD11鋼深冷處理后沖擊破裂時三個試件測得的沖擊功能，從平均值可以看出，SKD11鋼深冷處理后破裂時的沖擊吸收功能較低，主要原因是SKD11鋼中奧氏體基材及其周圍滲碳體顆粒過多，影響晶體內部結構與晶界應力矩的平衡，降低SKD11鋼在沖擊過程中的吸收動能。為了進一步分析深冷處理后SKD11鋼試件破裂的原理，對其進行了SEM斷口形狀的觀察。從圖4斷口的形狀可以知道，橫截面上有一定的總面積和不同大小的解理。解理分布在中小凹盆中，而撕裂邊緣和韌窩占比較小。因此，我們可以知道SKD11鋼的沖擊破裂方法是標準的解理破裂。

2.3 深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨料磨損結論及 機理研究

圖5顯示了SKD11鋼深冷處理后試件沖擊磨損量與損壞時間之間的關系曲線圖。

2.3 深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨料磨損結論及 機理研究

圖5顯示了SKD11鋼深冷處理后試件沖擊磨損量與損壞時間之間的關系曲線圖。沖擊功能為4.5 J時，在科學研究的磨損期內，樣品的磨損率與損壞時間正相關，但6 h后曲線斜率略有擴大。也就是說，在承受沖擊性磨料磨損的過程中，試件的磨損機制在各個階段都有可能發生變化。

能對SKD11鋼深冷處理后的沖擊磨料磨損原理進行更詳細的分析，需要進一步觀察磨損面的宏觀外觀。圖6顯示了SKD11鋼在深冷處理后的沖擊磨損4。 圖66顯示了h后磨損面的SEM外觀。（a）可以知道，試件損壞表面存在箭頭符號所示的硬相凸起狀態，同時采用硬相斷裂解理[8]，這種外觀的誕生主要是由于SKD11鋼中小塊和球形滲碳體阻擋顯微鏡的鉆孔和形狀變化，形成“浮雕圖案”的外觀，由于延展性大，大塊碳化物滲碳體破裂，發生圖66（a）光潔解理的示意。

由圖6（b）可以知道犁溝的排水溝有一定的不規則形狀變化，犁溝兩側的原材料被引向兩側，但基材沒有脫落。這種被引向兩側和前方且不切割的體積稱為犁皺[9]，如下圖6所示。（b）顯示中圓形。在沖擊性磨粒磨損過程中，使用的棕剛玉顆粒硬度為9.2~9.5，SKD11鋼深冷處理后的硬度平均為59.2。 HRC，因此，在沖擊磨料磨損過程中，一方面，硬棕剛玉顆粒可能被壓入SKD11鋼試件表面，另一方面，耐磨材料很可能沿著試件表面徑向移動，產生犁溝，從而產生切削。當后續耐磨材料幾次按照同一點進行時，會導致更多的原材料被引向犁溝的兩側或前部，產生犁皺。當遇到后續的磨砂顆粒效果時，排水溝的原材料很可能會再次發生犁溝變形，引向兩側的凸起部分可能會被鋪平或再次沉積，從而導致原材料在冷硬化或其他增強作用下脫落成磨屑[8]。因此，SKD11鋼深冷處理后短時間內的磨損機制是外部經濟鉆削磨損和多次形狀變化損傷。

圖7顯示了深冷處理后的SKD11鋼沖擊磨損8 h后SEM外觀，從圖7可以知道，此時磨損的臉部有箭頭符號和圓形所示的犁皺、鑿削印痕和表面裂紋，但犁皺和鑿削的比例不大，表面原料脫落后留下的脫落坑主要存在于受損表面。這種脫落坑的產生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下，在沖擊性磨砂顆粒的反復作用下，在表面留下沖擊痕跡，使表面金屬材料大幅變形、硬化、開裂，進而導致脫落和磨屑。這種形狀變化引起的磨損稱為應變性疲勞磨損[10]。這種脫落坑的產生是由于磨砂顆粒在沖擊力的作用下，在沖擊性磨砂顆粒的反復作用下，在表面留下沖擊痕跡，使表面金屬材料大幅變形、硬化、開裂，進而導致脫落和磨屑。這種形狀變化引起的磨損稱為應變性疲勞磨損[10]。因此，SKD11鋼深冷處理后，沖擊磨料的磨損原理大多是中后期應變性疲勞磨損。

通過實驗分析，SKD11鋼深冷處理后，機構由隱晶回火馬氏體、滲碳體和殘余奧氏體組成，滲碳體上有不規則碳化物滲碳體、球形未熔碳體及其顆粒滲碳體；SKD11鋼深冷處理后，平均強度為59.2 HRC，常溫下無空缺樣品的沖擊功率約為16。 J，沖擊斷裂的方法為標準解理斷裂；沖擊功能為4.5 J下，在科學研究的磨損期內，SKD11鋼深冷處理后的磨損率與損壞時間正相關。短時間內的磨損機制是外部經濟鉆孔磨損和多次形狀變化磨損。中后期沖擊磨料的磨損原理多為應變疲勞磨損。