原标题：SKD11钢组织及深冷处理后冲击磨料磨损机理研究

　　摘 要 使用金相显微镜、扫描电子显微镜、硬度计和拉伸试验机观察并尝试热处理 深冷处理 SKD11钢在回火处理后的显微组织、硬度和抗冲击性能(通常称为“深冷处理”)采用MLD-10载荷磨损试验机检测SKD11钢冲击磨损特性，并对冲击磨损原理进行了深入分析。分析表明，SKD11钢经深冷处理后，由隐晶奥氏体、残余奥氏体和不同类型的渗碳体组成。渗碳体包括碳化物渗碳体、非熔化碳体和斑点渗碳体。分析表明，SKD11钢经深冷处理后，由隐晶奥氏体、残余奥氏体和不同类型的碳化物组成。碳化物包括碳化物碳化物、非熔化碳化物和斑点碳化物。SKD11钢的硬度为59.2 HRC，无空缺样品的冲击功约为16 J。在冲击磨损试验中，深冷处理SKD11钢的磨损率随着损坏时间的增加而线性增加。在其科学研究的磨损期内，深冷处理后SKD11钢的早期磨损机制大多是外部经济钻孔磨损和几次形状变化损伤，后期磨损机制多为应变力疲劳磨损。

　　关键字 SKD11钢；深冷处理；显微组织；断裂韧性；冲击磨损

　　损坏、破裂和形状变化是磨具无效的三种具体方式，其中损坏在磨具无效中占很大比例[1]，但磨粒磨损是损坏过程中常见的损坏方式，冲击磨损是磨粒磨损中的一种特殊方式，冲击磨料的磨损环节不仅具有冲击锤的冲击效果，而且具有磨砂颗粒的磨损效果。为保证模具钢的耐冲击磨损特性，从模具零件表面进行了改性[2]、成分调节[3]、探讨了热处理方法的改进[4]，发现选择深冷处理可以提高模具钢的耐磨性[5]。

　　SKD11钢以轻载场所常用的SKD11钢为研究主体，分析了SKD11钢在冲击磨损条件下的磨损机制，为SKD11钢的实际应用提供了参考。

　　实验中使用的SKD11钢成分见表1显示，其原产品尺寸为220 mm×60 mm×10 mm，实验期间，对原试件进行热处理 深冷处理 回火处理（通常称为“深冷处理”），其热处理方法为：将试件放入ZKL-06010双室气体淬火真空烧结炉进行真空处理，真空值为2.5 Pa，在700~750 ℃加热1 h，再加热至1 010 ℃后保温1 h，淬火后，立即将温度放入-80~-70 在℃的SL-600型制氢罐中，保持4 取下试件，将其冷却到室内温度，然后进行200 ℃回火处理[6]。

　　用线切割机激光切割100 mm×10 mm×30 mm试件采用zeiss体视显微镜观察深冷处理后试样的合金成分，选用HRS-150表面洛氏硬度计测量待检测样表面的硬度值，计算平均值为更终硬度值。

　　按照GB///T 229-1984规范选用线切割机激光切割10 mm×10 mm×55 毫米无空缺试件，为保证试验结果的准确性，以3个试件冲击功的平均值作为更终冲击功[7]。

　　冲击磨料磨损试验在图1所示的MLD-10载荷磨损试验机中进行。更后一个试件是SKD11钢，深冷处理后尺寸为10 mm×10 mm×30 mm，下试件为环形GCr15钢，强度为62 HRC，耐磨材料为400目地棕刚玉砂，常用冲击力为4.5 J，试验仪冲击工作频率为60次/min[6]。试验过程中，冲击锤往复自由落体，推动试件与试件环表面碰撞，将耐磨材料从试件边缘的砂桶中注入，冲洗上下试件。精度为0.1 2mg电子分析天平各自测量试件、4、6、8、10 h损坏前后质量，选择透射镜（SEM）观察SKD11钢深冷处理后的机构、断裂面的外部经济特性和冲击磨料磨损后的表面形状。

　　2.1 SKD11钢深冷处理后的组织分析

　　为了进一步把握深冷处理后不同类型渗碳体的组成和比例，对试件中的渗碳体进行了能谱分析。从图3可以看出，球形和条形渗碳体都含有C 、Fe、Cr、V4元素表在斑点渗碳体中没有V原素。根据表2中各元素的原子百分比，可以计算出球形和条形渗碳体可能是Cr7C3、VC、 (Fe，Cr)3C斑点状渗碳体为Cr7C3、(Fe，Cr)7C3。

　　2.2 SKD11钢深冷处理后的抗冲击性能 剖析

　　表3显示了SKD11钢深冷处理后冲击破裂时测量的冲击功。从平均值可以看出，SKD11钢深冷处理后冲击吸收功率相对较低，主要原因是SKD11钢中奥氏体基材及周围渗碳体颗粒过多，影响了晶体内部结构与晶界应力矩的平衡，降低了SKD11钢冲击时吸收的动能。为了进一步分析SKD11钢试件深冷处理后的破裂原理，对SEM断裂形状进行了观察。从图4断裂形状可以看出，横截面上有一定的总面积和不同尺寸的解理，解理呈中小凹盆状，撕裂棱角和韧窝比例较小。因此，我们可以知道SKD11钢的冲击破裂模式是标准的解理断裂。

　　2.3 SKD11钢深冷处理后的冲击磨损结论 机理研究

　　图5显示了SKD11钢深冷处理后冲击磨料磨损量与损坏时间的关系曲线图。冲击功为4.5 在其科学研究的磨损期内，试样的磨损率与损坏期正相关，但为6 h后曲线斜率略有扩大。冲击功为4.5 在其科学研究的磨损期内，试样的磨损率与损坏期正相关，但为6 h后曲线斜率略有扩大。这意味着试件在承受冲击磨损的过程中，磨损机制可能会在各个阶段发生变化。

　　对SKD11钢深冷处理后冲击磨料的磨损原理进行了更详细的分析，需要对磨损表面的宏观外观进行进一步的观察。图6显示了SKD11钢深冷处理后的冲击磨损4 SEM在h后磨损面的外观由图6组成（a）可以知道，试件损坏表面有箭头符号所示的硬相凸起，同时使用硬相断裂解理[8]。这种外观的诞生主要是因为SKD11钢的中小块和球形渗碳体阻碍了显微镜的钻孔和形状变化，形成了“浮雕图案”的外观。由于大量碳化物渗碳体延性大，破裂，图6发生（a）所示的光洁解理。

　　由图6（b）可以知道，犁沟排水沟有一定不规则的形状变化，犁沟两侧的原材料被引向两侧，但基材没有脱落。这种引向两侧和前部且不切割的体积称为犁皱[9]，如下图6所示（b）显示中圆形。在冲击磨粒磨损过程中，SKD11钢深冷处理后的平均硬度为9.2~9.5 HRC，因此，在冲击磨损过程中，一方面，硬棕刚玉颗粒可能在冲击力作用下压入SKD11钢试件表面，另一方面，耐磨材料可能沿试件表面径向移动，产生犁沟，产生切割。当后续耐磨材料多次根据同一点，会导致更多的原材料引导到犁沟两侧或前面，产生犁皱，在磨砂颗粒效果后，排水沟原材料可能再次出现犁沟变形，引导两侧凸部分可能铺平或再次沉积，因此循环形状变化，导致冷硬化或其他增强原材料脱落成磨屑[8]。因此，SKD11钢深冷处理后短时间内的磨损机制是外部经济钻孔磨损和几次形状变化损坏。

　　图7显示了SKD11钢深冷处理后的冲击磨损8 h后SEM外观，从图7可以看出，此时磨损表面有箭头符号和圆形表示的犁皱纹、凿痕和表面裂纹，但犁皱纹和凿痕的比例不大，损坏表面主要有表面原材料脱落后留下的脱落坑。这种脱落坑的产生是由于磨砂颗粒在冲击力的作用下，使表面留下冲击痕迹，表面金属材料在冲击磨砂颗粒硬化和开裂的反复作用下，然后导致磨屑的脱落，这种磨损称为应变疲劳磨损[10]。这种脱落坑的产生是由于磨砂颗粒在冲击力的作用下，使表面留下冲击痕迹，表面金属材料在冲击磨砂颗粒的反复作用下硬化和开裂，然后导致脱落磨损，这种不断形状变化引起的磨损称为应变力疲劳磨损[10]。因此，SKD11钢深冷处理后的冲击磨损原理主要是应变力疲劳磨损。

　　通过实验分析，SKD11钢深冷处理机构由隐晶回火马氏体、渗碳体和残余奥氏体组成，渗碳体上有不规则碳化物、球形未熔碳体及其颗粒；SKD11钢深冷处理后的平均强度为59.2 HRC，常温无空缺试样的冲击功约为16 J，冲击断裂的方法是标准解理断裂；冲击功为4.5 在J下，在其科学研究的磨损期内，SKD11钢深冷处理后的磨损率与损坏时间正相关。短时间内的磨损机制是外部经济钻孔磨损和几次形状变化损坏，中后期冲击磨损原理主要是应变疲劳磨损。