巨彪等：微观组织对X70管线钢浆料磨损特性的影响 ·327· 线性关系，微观组织状态对耐磨性的影响同样至关 表2磨损前各相的平均显微硬度值（载荷：70N) 重要. Table 2 Average micro-hardness value of different phases before wear 研究的三种钢样布氏硬度值接近，在不同载荷磨 (1oad:70N) 损实验后试样质量损失未出现突变，表明影响不同钢 相 A钢 B钢 C钢 样质量损失差异的主要原因在于微观组织的差别.表 贝氏体 234 232 245 2列出了三种钢微观组织中各相的平均显微硬度，虽 铁素体 213 198 然宏观硬度接近，但各相微观硬度大小有别.B钢中 粒状贝氏体硬度与A钢中粒状贝氏体几乎相同，均略 2.3磨损表面形貌与磨损机理分析 小于C钢中板条贝氏体相的硬度.在A钢中存在低硬 图5是三种钢样在两种载荷下磨损后的磨损表面 度的多边形铁素体相，但其硬度高出C钢中多边形铁 扫描电镜照片.可以看出试样磨损表面主要是浆料中 素体相。众多有关微观组织与磨损的研究表明-旧， 的砂粒划过之后留下的微小犁沟，载荷为40N时磨损 组织硬度在HV200~300时，耐磨性最好的是贝氏体 过后的表面划痕和犁沟明显不如70N时明显、深刻. 组织，其次是合金奥氏体组织，紧接着是珠光体组织， 利用三维白光干涉仪观察不同载荷下的磨损表面，画 调质处理组织此时耐磨性最差.从磨损质量损失来 垂直于磨损方向的截线，得出磨损表面沿截线处的粗 看，B钢质量损失最小的原因是其硬度均一的复相组 糙度分布情况如图6所示.图6中40N磨损后的表面 织，且整体硬度高于A和C(表1).C钢中存在的低 高度波动数值明显小于70N磨损的表面，与电镜直接 硬度多边形铁素体相使磨粒更易压入材料表面造成磨 观察相符：C钢表面高度波动范围最大，A钢其次，B 损，虽然总体布氏硬度与B钢接近，但铁素体晶区成 钢最小，表明C钢表面更易受磨损的影响且磨痕不均 为较易磨损的低硬度区域.A钢组织虽然也有大约与 匀，B钢表面磨痕宽窄深浅最为均匀.结合图5(b)和 C中相当的多边形铁素体相，但其硬度稍高，与周围粒 (e),载荷相同时B钢磨痕平直，间接反映了B钢组织 状贝氏体硬度差异较小 硬度均匀. (b) d (c) ) 0μ 10 um 图5磨损表面扫描电镜形貌（磨损方向从左到右）.(a)A钢，40N:(b)B钢，40N:(c)C钢，40N:(d)A钢，70N:(e)B钢，70N: ()C钢，70N Fig.5 SEM images of the worn surfaces (wom from left to right):(a)Steel A,40N:(b)Steel B,40N:(e)Steel C,40N:(d)Steel A,70N; (e)Steel B,70N;(f)Steel C,70N 砂粒在法向分力作用下压入钢的表面后，再在切 到高硬度相时阻力增加，磨痕将绕过硬质区向阻力较 向分力作用下向前划动.根据最小阻力原理，A钢和C 小处发展.材料中硬质夹杂和个别部位的偶然脱落 钢（图5(d)和(）)磨痕出现弯曲偏移说明组织中存 (图5(d)和()中磨损疤)也会造成质量损失，这种脱 在软硬不均的区域，压入软相的磨粒在向前划过时遇 落破坏磨损塑性过程的连续性.微观磨损由铁素体晶巨 彪等: 微观组织对 X70 管线钢浆料磨损特性的影响 线性关系，微观组织状态对耐磨性的影响同样至关 重要． 研究的三种钢样布氏硬度值接近，在不同载荷磨 损实验后试样质量损失未出现突变，表明影响不同钢 样质量损失差异的主要原因在于微观组织的差别． 表 2 列出了三种钢微观组织中各相的平均显微硬度，虽 然宏观硬度接近，但各相微观硬度大小有别． B 钢中 粒状贝氏体硬度与 A 钢中粒状贝氏体几乎相同，均略 小于 C 钢中板条贝氏体相的硬度． 在 A 钢中存在低硬 度的多边形铁素体相，但其硬度高出 C 钢中多边形铁 素体相． 众多有关微观组织与磨损的研究表明［11 － 14］， 组织硬度在 HV 200 ～ 300 时，耐磨性最好的是贝氏体 组织，其次是合金奥氏体组织，紧接着是珠光体组织， 调质处理组织此时耐磨性最差． 从磨损质量损失来 看，B 钢质量损失最小的原因是其硬度均一的复相组 织，且整体硬度高于 A 和 C ( 表 1) ． C 钢中存在的低 硬度多边形铁素体相使磨粒更易压入材料表面造成磨 损，虽然总体布氏硬度与 B 钢接近，但铁素体晶区成 为较易磨损的低硬度区域． A 钢组织虽然也有大约与 C 中相当的多边形铁素体相，但其硬度稍高，与周围粒 状贝氏体硬度差异较小． 表 2 磨损前各相的平均显微硬度值( 载荷: 70 N) Table 2 Average micro-hardness value of different phases before wear ( load: 70 N) 相 A 钢 B 钢 C 钢 贝氏体 234 232 245 铁素体 213 — 198 2. 3 磨损表面形貌与磨损机理分析 图 5 是三种钢样在两种载荷下磨损后的磨损表面 扫描电镜照片． 可以看出试样磨损表面主要是浆料中 的砂粒划过之后留下的微小犁沟，载荷为 40 N 时磨损 过后的表面划痕和犁沟明显不如 70 N 时明显、深刻． 利用三维白光干涉仪观察不同载荷下的磨损表面，画 垂直于磨损方向的截线，得出磨损表面沿截线处的粗 糙度分布情况如图 6 所示． 图 6 中 40 N 磨损后的表面 高度波动数值明显小于 70 N 磨损的表面，与电镜直接 观察相符; C 钢表面高度波动范围最大，A 钢其次，B 钢最小，表明 C 钢表面更易受磨损的影响且磨痕不均 匀，B 钢表面磨痕宽窄深浅最为均匀． 结合图 5( b) 和 ( e) ，载荷相同时 B 钢磨痕平直，间接反映了 B 钢组织 硬度均匀． 图 5 磨损表面扫描电镜形貌( 磨损方向从左到右) ． ( a) A 钢，40 N; ( b) B 钢，40 N; ( c) C 钢，40 N; ( d) A 钢，70 N; ( e) B 钢，70 N; ( f) C 钢，70 N Fig． 5 SEM images of the worn surfaces ( worn from left to right) : ( a) Steel A，40 N; ( b) Steel B，40 N; ( c) Steel C，40 N; ( d) Steel A，70 N; ( e) Steel B，70 N; ( f) Steel C，70 N 砂粒在法向分力作用下压入钢的表面后，再在切 向分力作用下向前划动． 根据最小阻力原理，A 钢和 C 钢( 图 5( d) 和( f) ) 磨痕出现弯曲偏移说明组织中存 在软硬不均的区域，压入软相的磨粒在向前划过时遇 到高硬度相时阻力增加，磨痕将绕过硬质区向阻力较 小处发展． 材料中硬质夹杂和个别部位的偶然脱落 ( 图 5( d) 和( f) 中磨损疤) 也会造成质量损失，这种脱 落破坏磨损塑性过程的连续性． 微观磨损由铁素体晶 · 723 ·