耐磨材料概述
用于制造耐磨零件的金属耐磨材料包括钢、复合钢材和铸铁等。高锰钢是历史悠久的耐磨材料，在恶劣工况条件下，不容易产生塑性失稳，而具有相当好的耐磨性；但它只有在冲击载荷及单位压力较大的磨料磨损条件下，产生加工硬化效应，才显示出较其他材料具有更优良的耐磨性。对于冲击载荷不太大的易磨损零部件，目前较广泛选用成本较低的非合金钢（碳素钢）或中高碳合金钢，并采取一定的工艺措施以提高其耐磨性。选用表面硬化钢或复合钢材制作的零部件，在耐磨、耐冲击等性能方面都具有明显的优点，可提高使用寿命，但成本较高。耐磨铸铁的耐磨性好，成本低，包括冷硬铸铁、白口铸铁和中锰球墨铸铁，一般适用于不同工况条件下使用的耐磨零件。
耐磨钢目前尚没有系统的技术标准，但制造耐磨零件所选用的钢类及钢种较广，一部分结构钢、工具钢及合金铸铁均常用于制造各种耐磨零件。近年来还发展了一些耐磨专用钢。一般是根据工作条件、磨损类型以及材料破坏机理的不同，来合理选用钢种。
高锰钢的耐磨性
我国高锰钢的化学成分和力学性能
用于制造耐磨零件的金属耐磨材料包括钢、复合钢材和铸铁等。高锰钢是历史悠久的耐磨材料，在恶劣工况条件下，不容易产生塑性失稳，而具有相当好的耐磨性；但它只有在冲击载荷及单位压力较大的磨料磨损条件下，产生加工硬化效应，才显示出较其他材料具有更优良的耐磨性。对于冲击载荷不太大的易磨损零部件，目前较广泛选用成本较低的非合金钢（碳素钢）或中高碳合金钢，并采取一定的工艺措施以提高其耐磨性。选用表面硬化钢或复合钢材制作的零部件，在耐磨、耐冲击等性能方面都具有明显的优点，可提高使用寿命，但成本较高。耐磨铸铁的耐磨性好，成本低，包括冷硬铸铁、白口铸铁和中锰球墨铸铁，一般适用于不同工况条件下使用的耐磨零件。
耐磨钢目前尚没有系统的技术标准，但制造耐磨零件所选用的钢类及钢种较广，一部分结构钢、工具钢及合金铸铁均常用于制造各种耐磨零件。近年来还发展了一些耐磨专用钢。一般是根据工作条件、磨损类型以及材料破坏机理的不同，来合理选用钢种。
高锰钢的耐磨性
我国高锰钢的化学成分和力学性能
|
钢号 |
化学成分（%） |
力学性能* |
适用范围 | |||||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
b(Mpa) |
5(%) |
AK(J) |
HB | ||
|
ZGMnl3-1 |
1.10～1.50 |
11.00～14.00 |
0.30～1.00 |
≤0.050 |
≤0.090 |
≥637 |
≥20 |
- |
≤229 |
低冲击件 |
|
ZGMnl3-2 |
1.00～1.40 |
≥147 |
普通件 | |||||||
|
ZGMnl3-3 |
0.90～1.30 |
0.30～0.80 |
≤0.080 |
≥686 |
≥25 |
复杂件 | ||||
|
ZGMnl3-4 |
0.90～1.20 |
≤0.080 |
≥735 |
≥35 |
高冲击件 | |||||
注：*1060～1100°水淬处理后试样的力学性能
部分国外标准高锰钢的化学成分：
日本标准高锰钢的化学成分
JIS G5131-1991
|
钢号 |
化学成分质量分数（%） | |||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
其它 | |
|
SCMnH1 |
0.9～1.3 |
11～4 |
- |
≤0.05 |
≤0.10 |
- |
|
SCMnH2 |
0.9～1.2 |
11～4 |
≤0.8 |
≤0.04 |
≤0.07 |
- |
|
SCMnH3 |
0.9～1.2 |
11～4 |
0.3～0.8 |
≤0.035 |
≤0.05 |
- |
|
SCMnH11 |
0.9～1.3 |
11～4 |
≤0.8 |
≤0.04 |
≤0.07 |
Cr：1.5～2.5 |
|
SCMnH21 |
1.0～1.35 |
11～4 |
≤0.8 |
≤0.04 |
≤0.07 |
Cr：2.0～3.0 Cr：0.4～0.7 |
美国标准高锰钢的化学成分
ANSI/ASTM A128-78a
|
钢号 |
化学成分质量分数（%） | |||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
其它 | |
|
Ab |
1.05～1.35 |
≥11.0 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
- |
|
B-1 |
0.9～1.05 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
- |
|
B2 |
1.05～1.2 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
- |
|
B-3 |
1.12～1.28 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
- |
|
B-4 |
1.2～1.35 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
- |
|
C |
1.05～1.35 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
Cr：1.5～2.5 |
|
D |
0.7～1.3 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
Ni：3.0～4.0 |
|
E1 |
0.7～1.3 |
11.5～11.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
Mo：0.9～1.20 |
|
E2 |
1.05～1.45 |
11.511.4 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
Mo：1.8～2.10 |
|
F |
1.05～1.35 |
6.0～8.0 |
≤1.0 |
- |
≤0.07 |
Mo：0.9～1.20 |
前苏联标准高锰钢的化学成分
|
钢号 |
化学成分质量分数（%） | |||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
其它 | |
|
110Г13Л |
0.9～1.5 |
11.5～15.0 |
0.3～1.0 |
≤0.05 |
≤0.12 |
Cr：≤1.0 Ni：≤1.0 |
|
110Г13X2БPЛ |
0.9～1.5 |
11.5～14.5 |
0.3～1.0 |
≤0.05 |
≤0.12 |
Cr：1.0～2.0 Ni：≤0.5 Nb：0.08～0.12 B：0.001～0.006 |
|
110Г13ФTЛ |
0.9～1.3 |
11.5～14.5 |
0.4～0.9 |
≤0.05 |
≤0.12 |
V：0.100.30 Ti：0.010.05 |
|
130Г14XMФAЛ |
1.2～1.4 |
12.5～15.0 |
≤0.6 |
≤0.05 |
≤0.07 |
Cr：1.0～1.5 Ni：≤1.0 V：0.08～0.12 N：0.025～0.05 |
罗马尼亚联标准高锰钢的化学成分
STAS 3718
|
钢号 |
化学成分质量分数（%） | |||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
其它 | |
|
T100MoMn130 |
0.7A～1.3 |
11.5A～14.0 |
≤1.0 |
≤0.05 |
≤0.07 |
Mo:0.9A～1.2 |
|
T100NiMn130 |
0.7A～1.3 |
11.5A～14.0 |
≤1.0 |
≤0.05 |
≤0.07 |
Ni:3.0A～4.0 |
|
T105Mn120 |
0.9A～1.2 |
11.5A～13.5 |
≤1.0 |
≤0.05 |
≤0.11 |
Ni:≤0.8 |
|
T120CrMn130 |
1.05A～1.35 |
11.5A～14.0 |
≤1.0 |
≤0.05 |
≤0.07 |
Cr:1.5A～2.5 |
|
T130Mn135 |
1.25A～1.40 |
12.5A～14.5 |
≤1.0 |
≤0.05 |
≤0.11 |
Ni:≤0.8 |
波兰标准高锰钢的化学成分
PN 83160
|
钢号 |
化学成分质量分数（%） | |||||
|
C |
Mn |
Si |
S |
P |
其它 | |
|
L120G13 |
1.0～1.4 |
12.0～14.0 |
0.3～1.0 |
≤0.03 |
≤0.10 |
Cr：≤1.0 Ni：≤1.0 |
|
L120G13H |
1.0～1.4 |
12.0～14.0 |
0.3～1.0 |
≤0.03 |
≤0.10 |
Cr：0.6～1.3 Ni：≤0.5 |
|
L120G13T |
1.0～1.4 |
12.0～14.0 |
0.3～1.0 |
≤0.03 |
≤0.10 |
Cr：≤1.0 Ni：≤1.0 Ti：0.1～0.3 |
高锰钢铸件在受到冲击截荷和压应力时，金属表面发生塑性变形，迅速产生加工硬化并诱发产生马氏体及ε相，从而形成硬而耐磨的表面层，耐心部仍是奥氏体组织。表面层硬度由原来的200HB左右提高到500HB以上，硬化层浓度可达到10～20mm，甚至更多。在表面逐渐被磨损掉的同时，在冲击载荷的作用下硬化层不断地向内发展。在低冲击载荷和低应力磨损情况下，由于不能在表面产生足够的加工硬化，这时高锰钢的耐磨性往往不一定比相当硬度的其他钢种好。奥氏体高锰钢是非磁性的，也可用于既要求耐磨又抗磁化的零件，如吸料器的电磁铁罩。
为适应不同工况的要求，调整基本成分和加入其他合金元素，以提高钢的耐磨性，发展了一些改进型高锰钢。国内外一部分改进型高锰钢的化学成分和用途见下表。
改进型高锰钢的化学成分和用途
|
国别 |
钢 种 |
化学成分质量分数(%) |
用途举例 | ||||||
|
C |
Si |
Mn |
Mo |
Cr |
其他 | ||||
|
中国 |
Mn6Mo |
1.2～1.4 |
0.4～0.7 |
5.5～7.0 |
0.8～1.2 1.5 |
(小截面件) (大截面件) |
- |
适用于冲击不很大的粉煤设备和工程机械的耐磨件 | |
|
美国 |
Climax 6Mn-1Mo |
Grade A |
1.05～1.35 |
0.40～0.70 |
5.75～6.75 |
0.90～1.20 |
残余 |
- | |
|
Grade B |
0.80～1.00 |
0.40～0.70 |
6.00～7.00 |
0.90～1.20 |
残余 |
- | |||
|
中国 |
5Cr5Mn9 |
0.54 |
- |
8.86 |
- |
4.94 |
- |
破碎机的轧臼壁、破碎壁，电铲铲齿 | |
|
60Cr5Mn11 |
0.58 |
- |
11.0 |
- |
4.7 |
- | |||
|
Mn9Cr2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- | |||
|
45Mn17Al3 |
0.34～0.42 |
0.27～0.57 |
17.2～18.0 |
- |
- |
Al：2.97～3.20 Ti：0.078～0.098 |
承受高应力冲击的工件，如落锤及其底座 | ||
|
7Mn13 |
0.7～0.8 |
≤0.5 |
12.5～14.5 |
- |
- |
Ti：≤0.1 |
铸态下使用。大型挖掘机铲斗、复杂结构的格子板、衬板等 | ||