高铬双金属耐磨板堆焊层滑动摩擦磨损性能研究体会

文献概况与应用背景

刘添君等发表于《机械工程材料》2026年第5期的研究，针对高铬双金属耐磨板堆焊层在不同载荷和不同环境下的滑动摩擦磨损性能进行了系统研究。高铬铸铁类耐磨材料在矿山、水泥、电力等行业中应用广泛，其堆焊层性能直接影响设备的耐磨寿命和运行成本。该研究将堆焊层与常用马氏体耐磨钢板进行对比，为耐磨材料的选型和工艺优化提供了实验依据。

组织特征与硬度梯度分析

文章揭示了高铬双金属耐磨板堆焊层的典型组织特征：主要由Cr₇C₃碳化物、α-Fe基体和少量Cr₂₃C₆碳化物组成。Cr₇C₃是面心立方结构的低硬度碳化物，具有良好的韧性和抗热震性能，而Cr₂₃C₆是复杂立方结构的高硬度碳化物，耐磨性优异但脆性较大。

从基体钢向堆焊层方向，熔合区的显微硬度呈梯度增大趋势。这一梯度特征具有重要的工程意义：它意味着在承受冲击载荷时，应力可以从高硬度的堆焊层逐渐过渡到韧性较好的基体，避免了因硬度突变导致的界面剥离或裂纹萌生。

滑动摩擦磨损性能对比分析

研究在200 N和600 N两种载荷、干摩擦和石英砂摩擦两种环境下进行了系统对比。结果表明：

• 堆焊层在滑动干摩擦时的摩擦因数与马氏体耐磨钢板处于同一水平；
• 在滑动干摩擦和石英砂摩擦时的磨损质量损失和体积磨损率均低于马氏体耐磨钢板；
• 耐滑动磨损能力优于马氏体耐磨钢板。

磨损机制分析

干摩擦环境下，磨损机制以微凸体切削为主，伴随疲劳剥落磨损。石英砂摩擦环境下，微凸体切削与硬质石英砂微切削共同作用，同样伴随疲劳剥落。两种环境下均以磨粒磨损为主导机制。

这一分析结果具有重要的工程指导意义：在矿山、水泥等存在硬质磨料的工况下，高铬双金属耐磨板的耐磨优势更为明显；而在相对洁净的滑动接触工况下，其优势相对有限。

工程选型与工艺建议

基于研究结果，在实际工程应用中应注意以下几点：

1. 工况匹配：对于含硬质磨料（如石英砂、矿石颗粒）的工况，高铬双金属耐磨板是优选方案；对于纯金属对金属滑动接触的工况，马氏体耐磨钢板可能更具性价比；
2. 载荷控制：载荷从200 N增加到600 N时，磨损率显著增加，设计时应尽量降低接触应力；
3. 表面处理：堆焊层的表面粗糙度直接影响摩擦磨损性能，适当的磨削加工可以显著降低初始磨损率；
4. 堆焊工艺：应控制熔合比，确保硬度梯度合理，避免熔合区成为薄弱环节。

个人思考

从材料设计角度，高铬双金属耐磨板的核心优势在于Cr₇C₃碳化物的独特性能组合——既具备足够的硬度抵抗磨粒磨损，又具有面心立方结构带来的良好塑性。这种"硬而不脆"的特性使其在复杂工况下表现出优异的可靠性。

与马氏体耐磨钢板相比，高铬堆焊层的优势主要体现在含磨料的工况下。但在实际应用中，还需要考虑堆焊层的结合强度、热裂纹敏感性以及成本等因素。对于大型耐磨衬板，堆焊层的厚度均匀性和结合质量是决定使用寿命的关键因素。

学习心得

本文通过系统的摩擦磨损试验，清晰地揭示了高铬双金属耐磨板堆焊层的性能优势及其适用工况。对于从事耐磨材料选型和堆焊工艺优化的技术人员，理解不同磨损机制及其对应的材料响应，是做出合理工程决策的基础。该研究为矿山、水泥等行业的耐磨件选型提供了有价值的实验数据支撑。