盡管奧氏體耐磨板因優(yōu)異的耐蝕性而得到大量應用,但其摩擦學(xué)特性差,尤其是抗磨蝕或粘著(zhù)磨損性能低,并具有微動(dòng)磨損趨勢,阻礙了這類(lèi)材料在需要耐腐蝕和耐磨損領(lǐng)域中的應用。德國鮑迪克公司耐磨板處理(S3P)線(xiàn)提供了增加材料機械性能而不改變耐腐蝕特性的解決方案。熱化學(xué)擴散工藝形成富碳或富氮S相,同時(shí)避免碳化物或氮化物析出。典型的應用包括食物、飲料、藥物、醫療用品以及化學(xué)工藝設備,不過(guò),本文將主要介紹耐磨板在汽車(chē)行業(yè)的應用。
耐磨板長(cháng)期以來(lái)被用作汽車(chē)結構件或裝飾件。一個(gè)典型的例子就是勞斯萊斯幻影的奧氏體耐磨板前罩板和耐磨板內嵌件。耐磨板中主要是鐵素體耐磨板在汽車(chē)上大量使用,因為鐵素體耐磨板能夠使排氣系統在高溫、腐蝕環(huán)境下工作。如排氣岐管、管路和消音器等零部件,均采用AISI 409耐磨板制作。更昂貴的耐磨板,如雙相耐磨板,已經(jīng)在汽車(chē)上得到規模應用,由雙相耐磨板制作的功能零件結合了機械強度和極高的抗腐蝕性能。汽車(chē)行業(yè)正面臨著(zhù)安全和高效方面的嚴格要求,這對應用耐磨板材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)極好的機遇。
1.抗機械摩擦的新前沿
下面來(lái)看一個(gè)具體例子。某汽車(chē)工程公司生產(chǎn)滑動(dòng)軸承,在應用S3P線(xiàn)處理后,生產(chǎn)出的滑動(dòng)軸承性能得到提升,證實(shí)了S3P如何完美地改善耐磨板的力學(xué)性能。對電磁閥用滑動(dòng)軸承,當采用未經(jīng)硬化處理的耐磨板時(shí),軸承工作24萬(wàn)次后失效,而采用類(lèi)金剛石涂層(DLC)材料時(shí),在7400萬(wàn)次后失效。當使用表面低溫硬化處理的耐磨板時(shí),軸承壽命遠超過(guò)任何以往的記錄,軸承在工作5.6億次后仍然可以運轉。盡管DLC具有非常高的滑動(dòng)性能,它的表面硬度遠超過(guò)S相,但是S3P處理能使耐磨板零件抗腐蝕性能、硬度、韌性和疲勞強度等綜合性能得到大幅提升。
2.更深入的應用領(lǐng)域
在表面低溫硬化條件下形成的10-40μm擴散層,其關(guān)鍵優(yōu)勢是消除任何可能的分層風(fēng)險,這對抗壓力沖擊和熱沖擊性能而言也是有益的。盡管耐磨板中富碳S相的硬度超過(guò)1000HV0.05,但是在快速裝爐過(guò)程中仍然保持塑性。這些特征使其應用在高產(chǎn)、高技術(shù)汽車(chē)行業(yè)的許多地方,目前應用領(lǐng)域包括內燃機、動(dòng)力傳遞、傳動(dòng)和排氣系統。S3P甚至可以硬化體積最小的零部件,這帶來(lái)成本優(yōu)化。以下給出的例子說(shuō)明這些硬化耐磨板可以滿(mǎn)足更多領(lǐng)域并降低總成本。
3.消除動(dòng)力連接件的擦傷
安裝在內燃機附件的機械運動(dòng)零件遭受相對高的腐蝕。路面上的鹽分或者在濱海附近開(kāi)車(chē),增加了不同機械零件腐蝕損害的風(fēng)險。發(fā)動(dòng)機艙內的高溫進(jìn)一步提高腐蝕效應。當考慮發(fā)動(dòng)機內部使用腐蝕性生物燃料時(shí),機械零件也會(huì )遭受其他形式的腐蝕。
對動(dòng)力連接件而言,特別是抗擦傷能力尤為重要。與未經(jīng)處理的表面相比,低溫滲碳表面具有明顯優(yōu)勢。按照ASTM G98標準對AISI 316L耐磨板進(jìn)行的測試結果表明,與未經(jīng)處理的表面相比,經(jīng)處理后擦傷門(mén)檻應力值大幅提升。未經(jīng)處理耐磨板在45.5MPa時(shí)被擦傷,而滲碳表面在842.5MPa時(shí)還未見(jiàn)擦傷。這一數值超過(guò)材料的屈服強度,因此發(fā)生塑性變形。