近日，上海大学先进凝固技术中心（CAST）团队在纳米析出相对中碳CrMo铸钢的耐磨性能影响机理方面研究取得重要进展，研究成果以“Mechanical properties and impact abrasive wear resistance in vanadium microalloyed medium carbon CrMo cast steel strengthened with nanoprecipitates”为题发表在工程技术领域学术期刊《Wear》。该论文第一作者为赵龙博士研究生，通讯作者为陈湘茹正高级实验师。上海大学为第一作者和通讯作者单位。

磨料磨损是采矿、冶金和矿山等行业的常见现象，它不仅会影响设备的使用寿命，而且会造成巨大的经济损失。衬板作为球磨机和半自磨机的关键部件，其耐磨性能的好坏直接影响到磨机的运行效率和矿山工业的经济效益。钒作为重要的微合金元素，能有效提升钢材的强度和耐磨性。然而，现有研究多集中于轧制或锻钢，在铸钢领域的研究相对较少。因此，本文通过添加V元素调控中碳CrMo铸钢中纳米析出相的密度、尺寸和分布，以研究其纳米析出相对中碳CrMo铸钢耐磨性能的影响规律及其机制，为提高中碳CrMo铸钢衬板的使用寿命奠定一定的基础。

实验结果表明，随着V元素的添加，纳米析出相的数量密度从0.89×10¹² m^-2增加到2.76×10¹² m^-2，纳米析出相的平均尺寸由104 nm减小到92 nm，同时，屈服强度由1450 MPa提高到1630 MPa，耐磨性提高提高了25%以上。这主要是因为V元素促进了纳米析出相的形成，使得其在磨损过程中形成了更硬的加工硬化层，导致微犁、微切削和压痕的深度明显减小。本研究为V元素在中碳CrMo铸钢的应用提供了理论基础，为延长球磨机和半自磨机衬板的使用寿命提供了重要策略。

V-free钢和V-added的力学性能：(a)冲击功和硬度；(b)应力-应变曲线

冲击磨料磨损试验过程中磨损失重量、磨损速率、耐磨性与磨损时间的关系：

(a) 磨损失重量；(b) 磨损率；(c) 耐磨性

冲击磨料磨损试验后磨损面的SEM图像：(a)~(b) V-free钢；(c)~(d) V-added

该研究得到了国家自然科学基金委和“含钒铸钢铸铁应用技术联合实验室”的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.wear.2024.205679