1 耐磨钢
耐磨钢是指具有高耐磨性的钢种，广义上也包括结构钢、工具钢、滚动轴承钢等。在各种耐磨材料小，高锰钢是具有特殊性能的耐磨钢。它在高压力和冲击负荷下能产生强烈的加工硬化，因而具有商耐磨性。高锰钢属于奥氏体钢，所以又具有优良的韧性。因此，高锰钢广泛用来制造在磨料磨损、高压力和冲击条件下工作的零件，如坦克和矿山拖拉机履带板、破碎机领板、挖掘机铲齿以及铁路线和电车线道叉等耐磨件。 高锰钢的化学成分为 =0.9%-1.3%、 =11.5%-14.5%、 =0.30%-0.80%、wP＜0.05%、wS＜0.05%。为了某种特定的目的，还可加入Cr、Ni、Mo、V、TI等元素。钢号为Mn13，由于该钢机械加工性能差，通常都是铸造成形，钢号为ZGMn13。C和Mn是高锰钢小两个主要元素，高碳保证高锰钢足够的强度、硬度和耐磨性， 过高易析出较多碳化物，影响钢的韧性，故一般 不超过1.3%。钢小含大量的锰是为了得到奥氏体组织、增大钢的加工硬化率和提高钢的韧性及强度。Mn量过多会增大钢冷凝时的收缩量，形成热裂缝，降低钢的强度和韧性。故C与Mn的含量比取0.1为宜。Si能改善钢的铸造性能，提高钢中固溶体的硬度和强度，但Si星过高易使碳化物沿晶界析出而降低钢的韧性和耐磨性，导致铸件开裂。所以 一般为0.30%-0.80%。高锰钢中含磷量应尽量低，以免在品界形成脆性磷化物共晶体，产生低温冷脆。
高锰钢的铸态组织基本上由奥氏体和残余碳化物(Fe，Mn)3C组成。由于碳化物沿晶界析出降低钢的强度和韧性，影响钢的耐磨性。因此，铸造零件必须进行热处理使高锰钢获得全部奥氏体组织。高锰钢消除碳化物并获得单一奥氏体组织的热处理叫“水韧处理”或固溶处理。即将铸件加热到1000℃-1100℃，并在高温下保温一段时间，使碳化物完全溶解于奥氏体中，然后水冷淬火，使高温奥氏体固定到室温。淬火加热温度不宜过高，保温时间不宜太长，否则晶粒粗大，氧化脱碳严重，降低钢的强度。高锰钢在水韧处理后不能再加热至350℃以上，否则会有针状碳化物析出，使钢的性能脆化。所以高锰钢水冷处理后不能回火。 高锰经水韧处理后机械性能为： =784MPa-981MPa， =392MPa-441MPa，δ=40%-80%，ψ=40%-60%， =1960kJ/m2-2940kJ/m2，硬度180HB-220HB。由此可见，高锰钢屈强比很低，塑性和韧性很好，硬度也不高。在使用过程中，高锰钢在很大压力、摩擦力和冲击力作用下能发生塑性变形，表面奥氏体产生强烈的加工硬化，形变强化的结果又促使奥氏体向马氏体转变以及ε-碳化物沿滑移面形成，使钢的硬度高达450HB-550HB。这就是高锰钢既具有高韧性又具有很高耐磨性的原因。 但是，如果
没有外加压力或冲击力，或压力和冲击力很小，高锰钢的加工硬化特征不明显，马氏体转变不能发生，高锰钢高耐磨性就不能充分显示出来，甚至不及一般的马氏体组织钢或合金耐磨铸铁。因此，要充分发挥高锰钢高耐磨性特点，必须有足够的C、Mn浴入固溶体，必须进行正确的热处理(水韧处理)，同时还必须选择适当的使用条件。
除ZGMn13钢外，在液体或气体流冲击作用下受磨损的零件可采用30Cr10Mn10钢制造，由于水力冲击作用，在钢的表面产生形变马氏体因而具有高的抗汽蚀性能。
对于无很大工作压力而只要求耐磨的零件，不应选用高锰钢。一般的农业机械和某些矿山机械．在很多情况下可采用中碳低合金钢，甚至低碳低合金钢。例如41Mn2SiRe、55SiMnCuRe、65SiMnRe及18MnPRe等。41Mn2SiRe钢经850℃淬火，400-450℃回火后，硬度为HRC38-45，
具有较高耐磨性，其热轧状态和45钢相比，强度提高40%，耐磨性提高50%，冲击韧性亦有提高，可用以制造大型履带式拖拉机履带板。55SiMnCuRe钢淬透性好，具有良好的耐磨性和一定的抗蚀性，韧性也较好，适于制造在撞击和磨损条件下工作的构件，如推土机铲刀、犁刀等。其热处理工艺为780℃-820℃淬火，200℃-250℃回火，热处理后的硬度为HRC50。65SiMnRe钢亦有较高的强度和耐磨性，淬透性和回火稳定性也良好。主要用于制造农机犁铧，其使用寿命比65Mn钢提高25%-50%。对于煤矿输煤槽中和洗煤设备等一些受压力不大但要求耐磨的零件，用18MnPRe钢即能满足性能要求。 2 锤头 2.1 基本情况
锤头工作条件十分恶劣，工作转速高、冲击大，磨损严重，所以根据上述锤头服役条件及其主要失效形式(磨损、断裂)，其材质选择应考虑两点：有合适的硬度，以抵抗物料磨损；有良好的韧性，以防其在运转过程中断裂。
在中等冲击工况条件下承受挤压磨损的耐磨材料基体组织应该是：表层为淬火马氏体和合金碳化物硬质点组成的，以抵抗研磨介质的压入、切削。过渡层是马氏体和珠光体，内部为贝氏体加珠光体和铁素体的混合组织，避免工作中断裂。
通过多次优化选择，并通过适当热处理工艺处理，研制成功了适用于反击式破碎机使用的新材料锤头— 稀土铬锰铜钢锤头。 2.2 稀土铬锰铜钢锤头装机试验
试验过程中用3套锤头进行装机试验，第一套新锤头在2号反击式破碎机上使用。装机运转10 h后翻面，翻面后又运转了10.5 h换下。第二、第三套连续装机使用，亦完全重现使用10 h以上、翻面后继续使用10 h以上的效果。其使用寿命是原高锰钢锤头的5倍。 3 建议锤头装配示意图
4 耐热钢
4.1 耐热钢基本概念
英文 heat-resisting steels
在高温条件下，具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢称作耐热钢。
耐热钢包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢又简称不起皮钢。热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢。
耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。中国自1952年开始生产耐热钢。以后研制出一些新型的低合金热强钢，从而使珠光体热强钢的工作温度提高到600～620℃；此外，还发展出一些新的低铬镍抗氧化钢种。
耐热钢和不锈耐酸钢在使用范围上互有交叉，一些不锈钢兼具耐热钢特性，既可用作为不锈耐酸钢，也可作为耐热钢使用。 4.2 合金元素的作用
铬、铝、硅这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性
和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度，含量为2%时，强化效果最好。 镍、锰可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。
钒、钛、铌是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。
碳、氮可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。
硼、稀土均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。 4.3 耐热钢分类 4.3.1 珠光体钢
合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5%。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2MoWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。 4.3.2 马氏体钢
含铬量一般为7%~13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、
轴、紧固件等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。 4.3.3 铁素体钢
含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。 4.3.4 奥氏体钢
含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600℃以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用作在 600℃以上工作的热强材料。典型钢种有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。 4.4 耐热钢生产工艺 冶炼
耐热钢一般在电弧炉或感应炉中熔炼。质量要求高的往往采用真空精炼和炉外精炼工艺。 铸造
某些高合金耐热钢难以加工变形，生产铸件不仅比轧材合算，而且铸件还有较高的持久强度。所以在耐热钢中耐热铸钢占有相当大的比例。铸造方法除采用砂型铸造外，还可用精密铸造工艺以获得表面光滑、尺寸精确的产品。对合成氨和乙烯裂解用的高温炉管往往采用离心铸造的方法。 热处理
珠光体热强钢通常经正火或调质后使用；马氏体耐热钢用调质处理，以稳定组织，得到良好的综合力学性能和高温强度。
特种钢
