基于刀具發(fā)展而來(lái)的高釩高速鋼已用于軋輥及破碎行業(yè)用錘頭等的制造，釩元素含量己由原來(lái)的低于5%發(fā)展到現(xiàn)有的15%左右，國(guó)內(nèi)在含釩高速鋼的凝固過(guò)程、定向凝固、熱處理工藝和摩擦磨損及磨粒磨損性能方面進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，并取得了相應(yīng)進(jìn)展，河南省耐磨材料工程技術(shù)研究中心現(xiàn)己將高釩高速鋼推廣應(yīng)用于冶金、礦山、電力及煤炭等部門所用破碎機(jī)的錘頭、顎板和板錘等耐磨件，并取得了良好效果．這些耐磨件大都在惡劣的沖擊磨損工況下服役，為此，本文作者以目前廣泛使用的高鉻鑄鐵為對(duì)比材料，利用可模擬錘式破碎機(jī)耐磨件實(shí)際服役工況的WM-1型沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)，研究了高釩高速鋼以鵝卵石為磨料時(shí)的沖擊磨損性能及其磨損機(jī)理，為高釩高速鋼的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1試樣及組成
    試驗(yàn)所選用的材料為高釩高速鋼( V9)和高鉻鑄鐵( Cr26)，其主要化學(xué)成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）及機(jī)械性能見(jiàn)表1．
    高釩高速鋼根據(jù)有關(guān)研究成果用1000℃淬火（空冷）和530℃回火（空冷）工藝進(jìn)行熱處理，其組織為釩碳化物+少量鉻鉬復(fù)合碳化物+馬氏體+殘余奧氏體[見(jiàn)圖1(a)]．對(duì)比材料高鉻鑄鐵的熱處理工藝為1 000℃淬火（空冷）和450℃回火（空冷），其組織為鉻碳化物+馬氏體+殘余奧氏體。
    采用HR-150A型洛氏硬度計(jì)測(cè)定試樣的硬度．沖擊韌性采用JB-300B型沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定，其尺寸為20 mm×20 mm×110mm，無(wú)缺口．
1.2沖擊磨損試驗(yàn)
    采用河南省耐磨材料工程技術(shù)研究中心自行研制的WM-1型沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)原理及其試樣的夾具如圖2所示，該裝置主要由動(dòng)力輸送機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子體、試樣夾具及封閉沖擊磨損腔等部分組成，試樣通過(guò)側(cè)面活動(dòng)式密封窗口拆卸，該試驗(yàn)機(jī)1次安裝V9和Cr26試樣各3根，以保證試驗(yàn)工況一致，
    試樣在主軸及轉(zhuǎn)子帶動(dòng)下以2 840 r/min的高速旋轉(zhuǎn)，試樣端部最大線速度為42 m/s，大體相當(dāng)于中速反擊式破碎機(jī)的工作速度，磨料選用鵝卵石，顯微硬度為1237HV左右，進(jìn)入沖擊磨損腔時(shí)其直徑為25 mm左右，受到試樣的猛擊而破碎，出料顆粒直徑小于5 mm.
    將6根試樣(2種試樣各3根)同時(shí)安裝在沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)上，用10 kg鵝卵石預(yù)磨，然后取下清洗、烘干，用精度為0. 01 g的JA12002型電子天平（下同）稱量其磨損質(zhì)量損失；再將其重新安裝在試驗(yàn)機(jī)上用30 kg鵝卵石正磨，取下后清洗、烘干、稱量，算出磨損量；重復(fù)操作2次，得出每種試樣每破碎30 kg鵝卵石時(shí)的平均磨損量，
    采用Jeol-5610LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察磨損表面及亞表層形貌，進(jìn)而分析其磨損機(jī)理．
2、結(jié)果及分析
2.1  沖擊磨損性能
    表2列出了V9和Cr26每破碎30 kg鵝卵石的平均磨損質(zhì)量損失，可以看出，高釩高速鋼V9耐磨性為高鉻鑄鐵Cr26的3倍以上．
2.2沖擊磨損機(jī)理
    圖3示出了Cr26和V9經(jīng)鵝卵石顆粒沖擊磨損試驗(yàn)后的磨損表面形貌SEM照片．可以看出，試樣表面存在大量短程顯微切削痕跡和沖擊剝落坑，
對(duì)比圖3（a和b）可見(jiàn)，Cr26磨損表面的沖擊剝落坑比V9磨損表面多，且大而深，結(jié)合圖4(a)可以認(rèn)為試樣Cr26的磨損層在不斷受到?jīng)_擊下伴隨著基體的硬化，相當(dāng)數(shù)量的位錯(cuò)交結(jié)在碳化物周圍，使其應(yīng)力增加，導(dǎo)致大塊碳化物上萌生裂紋，并發(fā)生碎裂而脫落，距磨損表面稍遠(yuǎn)的碳化物和基體上出現(xiàn)顯微裂紋而形成惡性循環(huán)剝落，從而加速磨損的形成。
    由圖4(b)可見(jiàn)，試樣V9的磨損亞表層區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)碳化物碎裂，試樣V9中碳化釩(VC)的TEM像及其晶帶軸衍射斑點(diǎn)和VC中的納米微粒見(jiàn)圖5．可以看出，VC中存在尺寸約幾個(gè)納米到幾十個(gè)納米的點(diǎn)狀微粒且分布密度很高，可以認(rèn)為，在顆粒的沖擊下，V9中VC不容易開(kāi)裂，在一定程度上形成了抗磨支點(diǎn)，并對(duì)基體起到一定的保護(hù)作用．
    另一方面，試樣V9的基體為馬氏體和殘余奧氏體的混合組織，圖6(a和b)分別為其基體組織中馬氏體和殘余奧氏體混合存在的衍射襯度明場(chǎng)像和用奧氏體(111)衍射斑點(diǎn)做的暗場(chǎng)像，圖6(c)為該視域的選區(qū)電子衍射像，圖中四方形的基本特征平行四邊形為馬氏體的衍射斑點(diǎn)，2個(gè)基矢量70。的基本特征平行四邊形為奧氏體的衍射斑點(diǎn)，還有其它雜散斑點(diǎn)是微小析出物造成的，可見(jiàn)奧氏體呈團(tuán)塊狀和板條狀等，內(nèi)部位錯(cuò)密度較高，馬氏體多為小竹葉狀或短板條狀，其大都成束分布，束內(nèi)取向大致相同，各束之間具有不同取向，在馬氏體條間和馬氏體束間仍有奧氏體存在，由此認(rèn)為，基體本身具有較高的抗沖擊能力，為釩的碳化物提供有效的支撐和保護(hù)作用，防止了碳化物剝落，
    綜上所述，大量不易開(kāi)裂的球狀或類球狀釩的碳化物分布在高釩高速鋼的基體上而形成抗磨支點(diǎn)，起到保護(hù)基體的作用；基體具有足夠的硬度和韌性，抗沖擊磨損能力強(qiáng)，為釩的碳化物提供有效的支撐和保護(hù)，以上兩方面共同作用，高釩高速鋼的磨損機(jī)理主要為基體在鵝卵石顆粒沖擊下，受到顯微切削而導(dǎo)致碳化物脫落，使基體受到顆粒的蠶食作用而反復(fù)進(jìn)行的磨損過(guò)程．
3、結(jié)論
    a．高釩高速鋼V9的耐磨性為高鉻鑄鐵Cr26的3倍以上．
    b．在顆粒的高速?zèng)_擊下，高鉻鑄鐵磨損機(jī)理主要為劃傷和碳化物裂紋導(dǎo)致的剝落；高釩高速鋼的磨損機(jī)理主要為基體在鵝卵石顆粒沖擊下而受到顯微切削，導(dǎo)致碳化物脫落，使基體受到顆粒的蠶食作用而不斷反復(fù)進(jìn)行的磨損過(guò)程．