英国BM4钼钨系高速钢高温耐磨性差的原因

# 英国BM4钼钨系高速钢高温耐磨性差的原因

## 一、化学成分相关原因

### （一）合金元素分布与含量

1. **碳含量影响**

   - 若碳含量偏离理想范围，会对高温耐磨性产生显著影响。当碳含量过高时，在高温下易形成粗大的碳化物。例如，过多的碳会促使形成粗大的碳化钨（WC）和碳化钼（MoC）等碳化物。这些粗大碳化物在高温磨损过程中，由于其与基体的结合力相对较弱，容易从基体上剥落，从而加速磨损。

   - 而碳含量过低时，无法形成足够数量的耐磨碳化物相。像碳化钒（VC）等对高温耐磨性有重要贡献的碳化物数量不足，导致在高温下抵抗磨损的能力下降。

2. **合金元素比例失调**

   - 钨（W）、钼（Mo）、钒（V）等合金元素比例不当也会影响高温耐磨性。如果钨含量过高，钼和钒含量相对较低，会导致碳化物的类型和分布不合理。例如，过多的钨形成的碳化物可能在高温下稳定性较差，在磨损过程中容易发生分解或破碎，降低对基体的保护作用，进而影响高温耐磨性。

### （二）杂质元素的干扰

1. **有害杂质的存在**

   - 钢中的硫（S）、磷（P）等杂质元素会降低高温耐磨性。硫在钢中容易形成硫化物夹杂，这些硫化物的硬度较低，在高温磨损过程中，硫化物夹杂首先被磨损掉，形成磨损源，从而加速整个磨损过程。

   - 磷元素容易在晶界偏析，高温下晶界处的磷偏析会降低晶界强度。在磨损过程中，晶界容易开裂，导致材料剥落，使得高温耐磨性变差。

## 二、微观组织结构方面的原因

### （一）晶粒尺寸与形态

1. **晶粒粗大**

   - 在热处理过程中，如果加热温度过高或保温时间过长，会导致晶粒粗大。粗大的晶粒在高温下的晶界面积相对较小，不利于阻碍位错运动和裂纹扩展。例如，在高温切削时，粗大晶粒的BM4高速钢受到切削力和高温的作用，更容易产生变形和裂纹，从而加速磨损。

2. **组织不均匀性**

   - 若微观组织中碳化物分布不均匀，会对高温耐磨性产生不利影响。局部区域碳化物过多时，可能会形成应力集中点，在高温磨损时这些区域的碳化物容易脱落；而碳化物过少的区域则缺乏足够的耐磨相，无法有效抵抗高温磨损。

## 三、高温环境下的物理化学变化

### （一）高温软化

1. **温度的直接影响**

   - 尽管BM4高速钢具有一定的红硬性，但当温度超过其临界温度（例如超过800 - 900°C）时，钢会发生明显的软化现象。软化后的钢硬度降低，在高温下抵抗磨损的能力自然下降。例如，在高温锻造模具应用中，当模具温度过高时，BM4高速钢制成的模具表面硬度降低，在与高温金属坯料的摩擦过程中，磨损速度会显著加快。

2. **长时间高温作用的影响**

   - 即使在温度未超过临界范围，但长时间处于高温环境下，钢的组织结构也会发生缓慢变化。例如，长时间的高温会促使碳化物的聚集长大，原本细小弥散的碳化物变得粗大，从而降低了对磨损的抵抗能力。

## 四、外部工作条件的影响

### （一）高载荷与高应力

1. **载荷对磨损的加速作用**

   - 在一些应用场景中，如重载切削或高压力的模具成型过程中，BM4高速钢受到的载荷和应力非常高。在高温下，高载荷会使钢表面的碳化物更容易被压碎或剥落，同时也会加剧粘着磨损的程度。例如，在大切削深度的高速切削加工中，刀具受到的切削力很大，在高温下刀具表面的磨损速度会比在正常切削力下快很多。

2. **应力集中的影响**

   - 当存在应力集中现象时，如在刀具的刃口或模具的拐角处，在高温下这些部位更容易产生裂纹和磨损。应力集中会使局部的应力水平远高于平均应力，导致材料在这些部位的过早失效，降低高温耐磨性。

### （二）腐蚀介质的协同作用

1. **腐蚀 - 磨损协同效应**

   - 如果在高温工作环境中存在腐蚀介质，如在一些化工设备中的高温部件，腐蚀与磨损会相互作用。腐蚀会破坏钢表面的氧化层或钝化膜，使钢表面更容易受到磨损。例如，在含有酸性气体的高温环境下，BM4高速钢表面首先被腐蚀，然后在与其他部件的摩擦过程中，腐蚀坑处会加速磨损，导致整体高温耐磨性下降。